搅拌摩擦焊技术发展现状与趋势
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收 稿 日期 ：２０１３—１】一１３ 基金项 目：０４重大专项 （２０１１ＺＸ０４０１６—０６１）。
究 及 应用技 术 开发 正全 面 系统展 开 。 工程科技领 域 中的创新源于 实践 ，搅拌摩擦焊是
一 项 技术工 程 化应 用与 技 术不 断 创 新 发展 相 辅 相成 的 典 型 例证 ，在 焊 接 科 学 技 术 应 用 发 展 史 上 具 有 里 程 碑 意 义 。 当前 国 内外 针 对 搅 拌 摩 擦 焊 连 接 机 理 、工 艺 技 术 、创新性技术方法 、专用装备开展了大量 的探索研究 和应用 技术 研 发 工 作 ，至今 已经 形 成 多 种 基 于 搅 拌 摩 擦 焊基 本原 理 的衍 生新 技 术方 法 ，如 搅 拌 摩擦 点 焊 、静 轴 肩搅 拌摩 擦 焊 、双 轴肩 搅 拌 摩擦 焊 、复合 热 源搅 拌 摩 擦 焊 、机器 人搅 拌摩 擦焊 等 。
在 国内 ，以中航工业北京航 空制 造工程研究所 为 代表的一些科研机构早在 １９９６年就开展了 ＦＳＷ 探索 性 研究 工作 。２００２年 ，北 京 航 空 制 造 工 程 研 究 所 与英 国焊接 研 究所 合 作 成 立 中 国搅 拌 摩 擦 焊 中心 ，从 此 搅 拌 摩擦 焊在 基础 理论 研究 、应 用技 术 研 发 、专 用 装备 和 工 业产 品 开发 制 造 等 领 域 都 得 到 了快 速 发 展 ，并 且 逐 渐在航天 、航空、船舶、电子能源等领 域得到工业化推 广应用 。目前 ，国内已先后有 ３０多家单位 （高等院校 、 企业、科研机构 ）获得 了该项技术的专利使用权 ，在 国 家相关科研计划 的支持下 （如 国家科技 支撑计划 、自 然科学基金 、９７３计划 、ｏ４重大专项等），专项的基础研
关键词 ： 搅拌摩擦焊 搅拌摩擦点焊 静轴肩搅拌摩擦焊 双轴 肩搅拌摩 擦焊 中图分类号 ： ＴＧ４
０ 前 言
搅拌摩擦焊 （Ｆｒ ｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ，缩写为 ＦＳＷ）， 作 为一种 先 进 的 固相 焊 接 技术 ，正 在 成 为 世 界 范 围 内 焊 接技 术 科 研 与工 程 化 应 用 的热 点 。 自 １９９１年 英 国 焊接研究所发明搅拌摩擦焊以来 ，历经 ２０余年 的发展 和应用推广 ，搅拌摩擦焊 已经成功应用于航空航 天、舰 船 、列 车 、汽 车 、电力 电子等 诸 多 工业 领 域 ，取 得 了显 著 的社会经济效益。 自搅拌摩擦焊发 明以来 ，英 国焊接 研究所在世界范 围内申请 了专利保护 。截至 ２０１２年 全世界 已经有 ２５０余 家企业 、公 司和研究 院校获得搅 拌摩擦 焊专 利许 可。据英 国焊 接 研究 所 统计 ，截 止 ２０１３年 １３２件。
鳝 ｒ 掳 专题综述
搅 拌 摩 擦 焊 技 术 发 展 现 状 与 趋 势
机械科 学研 究院 哈 尔滨焊接研 究所（１５００２８） 赵东升 中航 工业 北 京航 空 制造 工程 研 究所 （１０００２４） 马正 斌 栾 国红
摘要 搅 拌摩 擦焊接技术 自发明 以来 ，倍受 国内外学术界 与工程 界的高度关 注 ，历 经 ２０余年 的发展和应 用推 广 ，作 为一 种先 进的绿色焊接制造技术 ，搅拌摩擦焊 已经成 功应用 于航 空航天 、舰船 、列 车 、汽车 、电力 电子等诸 多 工业领域 ，取得 了显著的社会经济效益 。在强 烈的市场需求牵引推动下 ，搅拌摩擦焊 技术 与装备也不 断创 新发展 ， 基于 常规搅拌摩擦 焊原 理衍 生的新方法 、新 技术 、新 装备不 断涌 现 ，各 具优 势 ，呈 现 出百花齐 放之发展 态势 。文 中 重点介绍 了搅拌摩擦焊 的发展现状及当前发展的 主要技术方法 ，如搅拌摩擦 点焊 、静 轴肩搅拌 摩擦焊 、双轴肩搅 拌 摩擦焊 、流动摩擦焊接 、机器人搅 拌摩 擦焊 ，并展 望了搅拌摩擦焊技术发展趋 势。
１６ ２０１３年第 １２期
１ 搅 拌摩 擦点 焊 技术
搅拌摩擦点 焊 （Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ，缩 写为 ＦＳＳＷ）是基 于搅 拌摩 擦 焊基 础 上 发 展起 来 的一 种新 型 焊接技术 ，其原理与搅拌摩擦焊相 同，将旋转的搅拌工 具插入被焊 的两层工件 ，利用 摩擦产热和搅拌工具高 速旋 转 所形 成 的塑性 金 属 流 动形 成 固相连 接 接 头 。随 着技术 的发展 ，搅拌摩擦点焊又演变 出多种形式 ，如 回 填式 ＦＳＳＷ、摆动式 ＦＳＳＷ、无针 ＦＳＳＷ（也被 称为流动 摩擦 点 焊 ）等 ，参 见表 １。 回填 式 ＦＳＳＷ 过 程 中 ，通过 搅 拌针 的 回抽 和 压 填 使 得 材 料 填 充 到 空 腔 中 ，得 到 完 整 无匙 孔 的 焊 点 。摆 动 式 ＦＳＳＷ ，搅 拌 工 具 在 旋 转 的 同 时 ，结合 一定 的运 动 轨迹 进行 旋 转 和 移 动 ，最 后 回到 焊 点中心 ，这样增大了焊点截面积 ，可以提高接头力学性 能。常规 ＦＳＳＷ 和流动摩擦点焊都是通过旋转的搅拌 摩擦 焊接 工 具 与 工 件 的摩 擦 产 热 ，并 带 动 塑 性 金 属 流 动形成焊点。焊接过程主要包括旋转压人 、焊接和 回 撤三 个过 程 。 与 常规 ＦＳＳＷ 相 比，流 动 摩 擦 点 焊 工 具
究 及 应用技 术 开发 正全 面 系统展 开 。 工程科技领 域 中的创新源于 实践 ，搅拌摩擦焊是
一 项 技术工 程 化应 用与 技 术不 断 创 新 发展 相 辅 相成 的 典 型 例证 ，在 焊 接 科 学 技 术 应 用 发 展 史 上 具 有 里 程 碑 意 义 。 当前 国 内外 针 对 搅 拌 摩 擦 焊 连 接 机 理 、工 艺 技 术 、创新性技术方法 、专用装备开展了大量 的探索研究 和应用 技术 研 发 工 作 ，至今 已经 形 成 多 种 基 于 搅 拌 摩 擦 焊基 本原 理 的衍 生新 技 术方 法 ，如 搅 拌 摩擦 点 焊 、静 轴 肩搅 拌摩 擦 焊 、双 轴肩 搅 拌 摩擦 焊 、复合 热 源搅 拌 摩 擦 焊 、机器 人搅 拌摩 擦焊 等 。
在 国内 ，以中航工业北京航 空制 造工程研究所 为 代表的一些科研机构早在 １９９６年就开展了 ＦＳＷ 探索 性 研究 工作 。２００２年 ，北 京 航 空 制 造 工 程 研 究 所 与英 国焊接 研 究所 合 作 成 立 中 国搅 拌 摩 擦 焊 中心 ，从 此 搅 拌 摩擦 焊在 基础 理论 研究 、应 用技 术 研 发 、专 用 装备 和 工 业产 品 开发 制 造 等 领 域 都 得 到 了快 速 发 展 ，并 且 逐 渐在航天 、航空、船舶、电子能源等领 域得到工业化推 广应用 。目前 ，国内已先后有 ３０多家单位 （高等院校 、 企业、科研机构 ）获得 了该项技术的专利使用权 ，在 国 家相关科研计划 的支持下 （如 国家科技 支撑计划 、自 然科学基金 、９７３计划 、ｏ４重大专项等），专项的基础研
关键词 ： 搅拌摩擦焊 搅拌摩擦点焊 静轴肩搅拌摩擦焊 双轴 肩搅拌摩 擦焊 中图分类号 ： ＴＧ４
０ 前 言
搅拌摩擦焊 （Ｆｒ ｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ，缩写为 ＦＳＷ）， 作 为一种 先 进 的 固相 焊 接 技术 ，正 在 成 为 世 界 范 围 内 焊 接技 术 科 研 与工 程 化 应 用 的热 点 。 自 １９９１年 英 国 焊接研究所发明搅拌摩擦焊以来 ，历经 ２０余年 的发展 和应用推广 ，搅拌摩擦焊 已经成功应用于航空航 天、舰 船 、列 车 、汽 车 、电力 电子等 诸 多 工业 领 域 ，取 得 了显 著 的社会经济效益。 自搅拌摩擦焊发 明以来 ，英 国焊接 研究所在世界范 围内申请 了专利保护 。截至 ２０１２年 全世界 已经有 ２５０余 家企业 、公 司和研究 院校获得搅 拌摩擦 焊专 利许 可。据英 国焊 接 研究 所 统计 ，截 止 ２０１３年 １３２件。
鳝 ｒ 掳 专题综述
搅 拌 摩 擦 焊 技 术 发 展 现 状 与 趋 势
机械科 学研 究院 哈 尔滨焊接研 究所（１５００２８） 赵东升 中航 工业 北 京航 空 制造 工程 研 究所 （１０００２４） 马正 斌 栾 国红
摘要 搅 拌摩 擦焊接技术 自发明 以来 ，倍受 国内外学术界 与工程 界的高度关 注 ，历 经 ２０余年 的发展和应 用推 广 ，作 为一 种先 进的绿色焊接制造技术 ，搅拌摩擦焊 已经成 功应用 于航 空航天 、舰船 、列 车 、汽车 、电力 电子等诸 多 工业领域 ，取得 了显著的社会经济效益 。在强 烈的市场需求牵引推动下 ，搅拌摩擦焊 技术 与装备也不 断创 新发展 ， 基于 常规搅拌摩擦 焊原 理衍 生的新方法 、新 技术 、新 装备不 断涌 现 ，各 具优 势 ，呈 现 出百花齐 放之发展 态势 。文 中 重点介绍 了搅拌摩擦焊 的发展现状及当前发展的 主要技术方法 ，如搅拌摩擦 点焊 、静 轴肩搅拌 摩擦焊 、双轴肩搅 拌 摩擦焊 、流动摩擦焊接 、机器人搅 拌摩 擦焊 ，并展 望了搅拌摩擦焊技术发展趋 势。
１６ ２０１３年第 １２期
１ 搅 拌摩 擦点 焊 技术
搅拌摩擦点 焊 （Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ，缩 写为 ＦＳＳＷ）是基 于搅 拌摩 擦 焊基 础 上 发 展起 来 的一 种新 型 焊接技术 ，其原理与搅拌摩擦焊相 同，将旋转的搅拌工 具插入被焊 的两层工件 ，利用 摩擦产热和搅拌工具高 速旋 转 所形 成 的塑性 金 属 流 动形 成 固相连 接 接 头 。随 着技术 的发展 ，搅拌摩擦点焊又演变 出多种形式 ，如 回 填式 ＦＳＳＷ、摆动式 ＦＳＳＷ、无针 ＦＳＳＷ（也被 称为流动 摩擦 点 焊 ）等 ，参 见表 １。 回填 式 ＦＳＳＷ 过 程 中 ，通过 搅 拌针 的 回抽 和 压 填 使 得 材 料 填 充 到 空 腔 中 ，得 到 完 整 无匙 孔 的 焊 点 。摆 动 式 ＦＳＳＷ ，搅 拌 工 具 在 旋 转 的 同 时 ，结合 一定 的运 动 轨迹 进行 旋 转 和 移 动 ，最 后 回到 焊 点中心 ，这样增大了焊点截面积 ，可以提高接头力学性 能。常规 ＦＳＳＷ 和流动摩擦点焊都是通过旋转的搅拌 摩擦 焊接 工 具 与 工 件 的摩 擦 产 热 ，并 带 动 塑 性 金 属 流 动形成焊点。焊接过程主要包括旋转压人 、焊接和 回 撤三 个过 程 。 与 常规 ＦＳＳＷ 相 比，流 动 摩 擦 点 焊 工 具