飛機機翼結構的攪拌摩擦焊應用研究 英國宇航空中客車公司（BAA）主要負責空客系列飛機機翼的設計和裝配。機翼設計的空氣動力性能以及結構的商業(yè)效率基本上歸功于操作費用的降低。集成設計中基本費用的節(jié)省和直接操作費用的降低取決于設計技術先進性和Z佳材料、工藝和制造方法的應用°。通過恰當?shù)脑O計和正確的應用，攪拌摩擦焊可以是Z佳的焊接技術，以期在降造成本方面勝過現(xiàn)有的設計和制造途徑。 結構安全和可靠性是飛機設計、制造和維修等都關心的主題。所以需要無數(shù)的結構試驗來證明機翼結構中的設計、材料和制造方法的有效性。在研究中得到的所有試驗結果對攪拌摩擦焊租螺栓以及鉚接連接進行了比較。 基于成本降低、重量減少以及優(yōu)越的接頭性能等方面的諸多優(yōu)點，攪拌摩擦焊在飛機制造工業(yè)中的應用將具有巨大的潛在性。 攪拌摩擦焊技術的出現(xiàn)，為飛機的設計及制造提供了新的方法和途徑。為實現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉型升級和綠色制造起到示范作用。中山攪拌摩擦焊焊機

攪拌摩擦焊是一種連續(xù)的、純機械的新型固相連接技術，攪拌摩擦焊工作原理圖如圖1所示4°，其中攪拌頭主要由軸肩和攪拌針組成，根據(jù)待焊工件的材料、厚度和結構等焊接時需要選用不同形式的軸肩和攪拌針，攪拌針長度一般略小于被焊接工件的厚度。 攪拌摩擦焊焊接過程中，攪拌針通過攪拌、摩擦使焊縫金屬材料熱塑化、熱塑化材料在攪拌頭的旋轉摩擦作用下由攪拌針的前部向后部轉移過渡，過渡后的熱塑化金屬在攪拌軸肩的作用下受到了擠壓和鍛造，終得到了由精細的鍛造組織構成的焊縫接頭，由于整個焊接過程中被焊接金屬材料沒有經(jīng)過“熔化-凝固”過程，所以得到的是優(yōu)異的固相接頭連接。 攪拌摩擦焊縫組織不存在熱裂紋、液化裂紋、氫氣孔等在熔化焊接工藝中經(jīng)常存在的焊接缺陷；焊接接頭可以采用對接、搭接或丁字接頭等多種形式；接頭強度可以達到或接近母材強度、對于2000和6000系列鋁合金，通過焊后時效處理可以提高接頭強度，6082-T4鋁合金母材、攪拌摩擦焊接頭以及時效處理后的攪拌摩擦焊接頭性能比較見表151。不經(jīng)過時效處理的攪拌摩擦焊接頭已經(jīng)接近母材強度；時效處理以后，接頭強度提高，并遠遠超過母材強度。廣州正規(guī)攪拌摩擦焊使中國軌道列車產(chǎn)品的焊接技術達到了國際先進水平。

通過對6063鋁合金攪拌摩擦焊接頭的沖擊斷裂行為進行研究，并結合微觀組織等進行對比分析，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)： (1)攪拌摩擦焊接頭貝有與母材相近的沖擊斷裂性能，并旦可以通過改善熱影響區(qū)的沖擊斷裂性能進一步提高接頭整體性能。 (2)6063 -T651鋁合金攪拌摩擦焊接頭的沖擊斷口中有剪切唇和纖維區(qū)，而沒有放射區(qū)，因此6063 -T651鋁合金攪拌摩擦焊接頭的沖擊斷裂性能比較好。 (3)攪拌摩擦焊接有助于接頭金屬的晶粒細化以及強化相的彌散分布，因此改善了接頭的塑性變形能力并提高了接頭的沖擊斷裂性能。

攪拌摩擦焊技術在電力行業(yè)的應用：目前國內(nèi)電力行業(yè)電力傳輸用的交、直流功率轉換熱沉器（圖1a）所示），前期為ABB進口產(chǎn)品、目前國家根據(jù)電力發(fā)展需要將其國產(chǎn)化。該熱沉器產(chǎn)品材料為6063鋁合金材料、ABB公司的產(chǎn)品工藝要求必須用攪拌摩擦焊接，而且目前所有焊接技術（TIG、電子束、激光）都無法焊接、攪拌摩擦焊接工藝占到產(chǎn)品總加工量的四分之一。要實現(xiàn)該產(chǎn)品的國產(chǎn)化，必須采用攪拌摩擦焊工藝。經(jīng)過2003年的努力，通過調(diào)整合適的焊撥壓人量，解決了焊接中的隧道缺陷問題，該熱沉器產(chǎn)品已經(jīng)在中國攪拌摩擦焊中心實驗室開發(fā)成功，并且已生產(chǎn)出合格產(chǎn)品樣件，該樣件經(jīng)過廠家的檢驗，在2.5MPa壓力下持續(xù)7個小時不泄量（設計檢驗指標∶1.5MPa壓力下持續(xù)15分鐘不泄漏），產(chǎn)品質(zhì)量和性能遠遠超過廠家設計和檢驗指標。 以提高產(chǎn)品的FSW質(zhì)量為出發(fā)點，中心還就產(chǎn)品的焊前準備、焊接操作規(guī)程、FSW生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品靜壓檢測以及無損檢測等方面進行了再開發(fā)和研究，日前已具備較為成熟的全套生產(chǎn)與檢驗工藝標準。從J工技術快速轉換為民用技術，造福中國更多制造工業(yè)。

攪拌摩擦焊是一項區(qū)別于熔化焊和機械連接的新型焊接技術；對攪拌摩擦焊的工藝頭、工藝參數(shù)、工藝過程以及異種倡合金材料（2024/7075）攪拌摩擦焊接頭的靜態(tài)強度和疲勞性能作了進一步的驗證和試驗，從而使攪拌摩擦焊在飛機機翼設計和制造上的方法有效性和優(yōu)越性得到了充分認識，于是開展了這個攪拌摩擦焊研究項目，以實現(xiàn)這項技術在未來空客項目中的應用。研究內(nèi)容包括攪拌摩擦焊在飛機翼盒結構中的可能設計應用、飛機結構設計原則的更新和改變、新型飛機結構的認證以及在役飛機檢測修理等。其研究宗旨是，利用攪拌摩擦焊技術以期得到比現(xiàn)有飛機翼盒結構的設計、制造途徑更好的安全、成本和性能上的優(yōu)越性。 BAA公司在飛機翼結構的攪拌摩擦焊應用方面進行了飛機機翼設計中必須的多種制造原理的評價。攪拌摩擦焊在商用飛機上的應用將取決于這種多角度制造方法的成功集成。未來輕量化是趨勢攪拌摩擦焊解決輕合金焊接技術難題！廣東攪拌摩擦焊攪拌針

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試驗采用Al-Mg系列5A06鋁合金制備對接接頭試樣，該鋁合金具有較高的強度和較好的焊接性。 對MIG焊和FSW試樣，首先用兩塊大平板對接施焊，然后用線切割將對接板件切割為具體試樣。 試驗表明，MIG焊試樣我勞斷裂發(fā)生在焊縫中心的試樣，其疲勞裂紋萌生在氣孔缺陷部位。其它試樣盡管存在一定氣孔缺陷，但由于其應力集中相對較低，對疲勞行為影響不明顯，而焊趾部位和在此處的微缺陷是導致疲勞斷裂的主要因素。 另外，雖然采用局部點固和雙面對稱焊接措施控制焊接變形，但所有試樣均出現(xiàn)了3.1°~4.8°的角變形。在疲勞拉伸載荷作用下，焊接角變形將產(chǎn)生附加的彎矩作用，并增加焊趾局部的應力集中，從而進一步降低MIG焊接接頭疲勞強度。 對焊態(tài)FSW對接接頭，在攪拌摩擦焊接過程中，攪拌工具肩部要與被焊試板緊密壓在一起，工具肩部的攪拌頭插入板件對接線處，為保證工具肩部與工件的緊密結合，攪拌頭的長度應稍小于焊接板的厚度。 攪拌摩擦焊試樣的疲勞強度明顯高于MIG焊試樣的疲勞強度，F(xiàn)SW的S-N曲線比MIG焊的變化更為平緩。中山攪拌摩擦焊焊機

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