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搅拌摩擦焊技术在中国的发展和推广应用—提升我国交通运输工具的焊接技术水平

发布时间 : 2019-08-06 浏览次数 : 41

搅拌摩擦焊技术在中国的发展和推广应用

Development and Application of Friction Stir Welding Technology in China

——提升我国交通运输工具的焊接技术水平

中航工业北京航空制造工程研究所 栾国红 郭德伦

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大力提升我国交通运输工具焊接技术水平

       在技术创新发展的同时,积极开发先进的工艺装备研制工作,将“技术优势”转化为“制造能力”,才能实现新技术的价值。所以,自 2003 年以来,在中国搅拌摩擦焊技术中心的指引下,中航工业北京赛福斯特技术有限公司特别注重专业化的搅拌摩擦焊技术装备的开发。到 2014 年,公司已经自主开发并向客户交付了126 台套的专业化数控搅拌摩擦焊装备系统,填补了国内大型尖端自动化焊接装备的空白,满足了中国航空、航天、舰船、电子、兵器等工业制造的需求,大力促进了搅拌摩擦焊技术在中国军工武器系统的推广应用, 直接提升了我国先进交通运输工具焊接技术水平。

       目前,中航工业北京赛福斯特技术有限公司正在针对搅拌摩擦焊技术在航天大直径运载火箭筒体结构、大飞机机身结构、货舱地板结构、新一代战斗机舱体和机翼结构、新型舰体结构等进行进一步的搅拌摩擦焊工程化应用开发和技术攻关研究。可以预见,随着中国搅拌摩擦焊技术的研究开发、工程化应用和装备制造的快速发展,搅拌摩擦焊技术在国家级的航空、航天重大项目中的应用将会越来越广泛,发挥的作用也会越来越大。

       在航天制造领域,搅拌摩擦焊技术在空间运载工具和导弹类产品的生产装配、制造成本、重量和质量中同样具有诸多的优越性,并且首先在美国的波音和洛克希德 · 马丁等公司得到成功应用。近几年,在中国搅拌摩擦焊中心的大力宣传和努力下,搅拌摩擦焊在中国航天制造领域也得到了普遍的认同和接受,并且逐渐取代传统的熔焊工艺,成为航天产品的主导连接技术。截至 2014 年 6 月, 赛福斯特公司已针对航天工业需求 , 开发了 6 个系列近 20 多台套的大型搅拌摩擦焊设备;所焊接的筒体直径范围从 300~5000mm 不等,厚度范围为 3~40mm ;合作客户包括湖北三江航天集团红阳机械厂、南京晨光集团、上海航天设备制造总厂、上海航天精密机械研究所、首都航天机械公司、航天科技集团长征机械厂等。迄今,北京赛福斯特技术有限公司已为航天客户提供了系统的搅拌摩擦焊工艺技术、专业化的焊接装备以及完整的质量控制等解决方案,直接促进了中国航天企业焊接技术的更新换代和焊接能力的发展。


 

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  图1 具有国际先进水平的搅拌摩擦焊技术开发平台

(左1:机器人搅拌摩擦焊系统;中:动龙门搅拌摩擦点焊设备; 右1:高精度空间曲线搅拌摩擦焊设备)

       图 2 为中航工业北京赛福斯特技术有限公司 2014 年为航天科工集团 283 厂研制的中国焊接能力最大的重型搅拌摩擦焊装备,该装备可以实现单面 50mm、双面 100mm 厚度的高强度铝合金产品搅拌摩擦焊接,可以实现焊接轴肩和搅拌针的旋转速度、方向和载荷的独立控制,从而保证了铝合金厚板结构产品的焊接温度的梯度和焊接压力的均匀。该设备是目前世界上最先进的搅拌摩擦焊装备之一。

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2 中国焊接能力最大的重型搅拌摩擦焊设备

 

       在航空制造领域,搅拌摩擦焊技术可以应用于飞机机身、机翼、地板、口盖等结构中。自 2008 年开始, 中航工业北京赛福斯特技术有限公司开展了一系列针对飞机结构和材料的搅拌摩擦焊技术攻关。在预先进制造技术预先研究课题中,承担了飞机薄壁结构产品搅拌摩擦焊技术研究;在工信部 04 数控重大专项中,承担了“搅拌摩擦点焊技术和装备”项目的研发。通过系列化的研究开发,目前已经掌握了飞机高强铝合金材料、飞机薄壁带筋加强搭接结构、复杂型面飞机地板结构、飞机空间 3D 结构的搅拌摩擦焊工艺技术。这些新技术为我国新型飞机研制、实现飞机整体化制造提供了新的途径。

       在船舶制造领域,随着中国海洋领土意识的增强,海军舰船装备也得到了很好地发展,并且很多先进的舰船都采用了轻质铝合金材料。2006 年,中航工业北京赛福斯特技术有限公司自主研发成功了中国第一台船舶带筋壁板搅拌摩擦焊设备,该设备可以焊接长度 12m、宽度 6m、厚度 12mm 的铝合金带筋壁板,满足了中国海军新型导弹快艇的研制需求(如图3 所示),并且还在后续的新型海军型号产品中推广应用了搅拌摩擦焊船舶带筋壁板产品,目前已经累计生产使用 1600 余吨铝合金结构件。

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 图3  中国新型导弹快艇

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4 26m长的列车地板搅拌摩擦焊设备


       在轨道交通领域,北京赛福斯特技术有限公司在国内率先与北车长客厂、南车青岛四方车辆厂、南车株洲电力机车有限公司等公司合作,针对地铁、轻轨以及高铁等铝合金列车结构产品进行了搅拌摩擦焊工艺技术研发。自 2009 年开始,赛福斯特公司先后为多家列车制造企业提供了 10 多套专业化的搅拌摩擦焊设备。其中,为南车株洲电力机车有限公司研制的搅拌摩擦焊设备焊接长度达到 52m(国内最长),并建立了列车侧墙、地板结构中空的铝合金产品搅拌摩擦焊生产线, 直接促进了搅拌摩擦焊技术在列车行业的应用,使中国轨道列车产品的焊接技术达到了国际先进水平。

       2013 年,北京赛福斯特技术有限公司为重庆 SAPA 公司研制了 13m 长的运煤货车车体结构搅拌摩擦焊产品。图 4 为 2013 年中航工业赛福斯特公司为南车浦镇车辆厂制造的焊接长度为 26m 的列车结构产品搅拌摩擦焊设备。

       在汽车制造领域,搅拌摩擦焊应用起步较晚。中航工业赛福斯特公司从 2006 年开始将搅拌摩擦焊技术应用于铝合金汽车轮毂、空调压缩机、铝合金车体等结构产品上,并为客户研制了专业化的搅拌摩擦焊装备,如 2010 年为德国客户开发了汽车电池托盘搅拌摩擦焊设备。2013 年,赛福斯特公司与国内富士康公司合作,成功开发了电动汽车电池壳体的搅拌摩擦焊产品(如图5 所示),2014 年又研发成功奔驰电动汽车地板的搅拌摩擦焊产品。搅拌摩擦焊接技术已经广泛的应用于汽车工业领域。

 

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       东莞智谷光电科技有限公司是广东华中科技大学工业技术研究院下属公司;是航空工业·赛福斯特技术有限公司的营销中心。广东华中科技大学工业技术研究院与北京赛福斯特技术有限公司建立产学研政战略联盟,实现资源整合优势互补,强强联合。

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