搅拌摩擦焊网

氧化膜对6082铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

张欣盟1何广忠1王贝贝2,3杨超2薛鹏2倪丁瑞2马宗义2

1. 中车长春轨道客车股份有限公司2. 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心3. 东北大学材料科学与工程学院

摘要：对6 mm厚的6082-T6铝合金进行两种表面处理然后实施搅拌摩擦焊接,研究了对接面氧化膜对接头组织和疲劳性能的影响。结果表明,进行速度为1000 mm/min的高速焊接时,对接面未打磨和打磨的接头焊接质量都良好,接头强度系数达到81%;两种接头的疲劳性能基本相同,疲劳强度均为100 MPa;少数样品在焊核区外断裂,大部分样品在热影响区断裂。与接头相比,两种接头焊核区的疲劳性能有所提高,均为110 MPa,在疲劳测试中裂纹并未沿"S"线萌生和扩展。 

江苏海门：大国重器再添新兵 “巨无霸”摩擦焊机器人填补国内空白

焊接在现代工业中应用广泛，涉及机械制造、石油化工、航空航天等几乎所有部门的金属加工过程。海门振康机械公司与北京卫星制造厂有限公司、北京工业大学等共同研制的500公斤重载搅拌摩擦焊机器人目前已完成整机装配并成功试焊接作业，它的问世填补了我国在这一领域的空白。

 搅拌摩擦焊自英国焊接研究所（TWI）发明以来，经过20余年的发展，已成为在铝合金构件制造中可以代替熔焊的工业化实用连接技术，在美欧航天领域得了大量成功应用。近年，搅拌摩擦焊技术不断创新发展，巨型焊接装备拓展零部件的制造尺度极限，航天用钛合金等高熔点材料搅拌摩擦焊技术取得重要突破。

一、搅拌摩擦焊技术彻底解决了铝合金的焊接性问题，在航天工业铝合金构件的制造中得到广泛应用

无论是传统的熔焊方法还是激光焊、电子束焊等各种焊接方法，都不能彻底解决铝合金的焊接性问题，尤其是2系列、7系列等高强铝合金。采用英国焊接研究所针对焊接性差的轻质有色金属开发的搅拌摩擦焊技术可以焊接所有系列的铝合金，不存在常规熔焊缺陷，彻底解决了铝合金的焊接性问题。

   在位于美国新奥尔良的米丘德（Michoud）组装设施中，美国宇航局（NASA）的技术人员正在组装执行第二次和第三次月球任务火箭的核心级。

   NASA的重返月球计划名为“阿尔忒弥斯”(Artemis)登月计划，目标是2024年将宇航员重新送上月球，该计划的主要硬件包括太空发射系统(SLS)火箭、猎户座（Orion）飞船、月球空间站Gateway以及载人登月系统。NASA在11月末已经开始组装首次月球任务Artemis I使用的SLS火箭，计划于明年进行首次无人飞行任务，以测试SLS火箭和猎户座飞船的综合性能。

当今世界正经历百年未有之大变局，国内外环境发生深刻复杂变化，我国“十四五”时期以及更长时期的发展对加快科技创新提出了更为迫切的要求。焊接技术被誉为“工业裁缝”，焊接行业的发展水平直接影响我国工业生产发展水平。焊接行业在“十四五”期间，坚持稳中求进工作总基调，坚持新发展理念，统筹发展和安全，珍惜发展好局面，巩固发展好势头，为我国实现制造强国战略目标做出行业应有贡献。

    为引导我国焊接行业高质量发展，中国焊接协会依照国家有关部门的总体部署，在中国机械工业联合会的组织指导下，及时梳理分析、认真吸收各分支机构收集的广大会员单位及相关领域单位的建设性意见和建议，制定《焊接行业“十四五”发展规划》。

ISO 25239 系列标准 2020 版 （ 搅拌摩擦焊 — 铝） 更新简介  

1.概述 

   焊接工艺广泛应用于工程结构的制造中。在二十世纪后半叶，熔化焊工艺主要用于大型结构的焊接，其中熔合是通过熔化母材和填充金属获得的。1991 年，TWI 的 Wayne Thomas 发明了搅拌摩擦焊（FSW），它完全是在固相（不熔化）下进行的。 FSW 的使用越来越多，因此 ISO 25239 系列标准应运而生，以确保以最有效的方式进行 FSW 的焊接，并对操作的各个方面进行适当的控制。本系列标准的重点是铝的搅拌摩擦焊，因为在出版时，搅拌摩擦焊的大多数商业应用都涉及铝，例如铁路车厢、消费品、食品加工设备、航空航天结构和海洋船舶。 本系列标准的出版在 2011 年，基于应用条件和技术的不断发展，2020 年本系列标准进行了更新，2020年7月1日发布。 本文为标准更新的概要，标准翻译版将在后续提供。 

   搅拌摩擦焊接头设计注意事项： 搅拌摩擦焊工艺要求合适的接头设计、底部的衬垫和支撑结构 – 对于中空型材接头设计，需要确保搅拌摩擦焊接头有充足的材料以防止压溃或者热输入过大，同时具备良好的夹紧力。 以下为常规搅拌摩擦焊与静轴肩搅拌摩擦焊的一些基础接头形式的相关介绍。 *所有接头均需良好的夹紧力，以便夹紧固定搅拌摩擦焊工件。

在FSW中，一个圆柱体带特殊设计的轴肩和搅拌针的搅拌头旋转着插入两个片材或板材工件之间的接缝里。部件必须牢固夹紧，防止接合面受力分开。搅拌头和被焊材料之间的摩擦产生了摩擦热，使材料热塑化，当搅拌头沿着待焊界面向前移动时，热塑化的材料由搅拌头的前部向后部转移，并且在搅拌头的机械锻造作用下，实现工件间的固相连接。 无熔化 不使用耗材 热输入来自工具界面和材料之间的摩擦。 搅拌头旋转并锻压在工件上。 塑化材料形成均匀的焊缝。FSW工艺过程图由©TWI提供

   搅拌摩擦焊搅拌头的设计是关键要素 FSW中的焊接搅拌头设计很关键。最佳的搅拌头形状可产生更多热量，并实现更高效的搅拌，由此带来的两项主要优势为：提高氧化物层的破碎和混合（生热更高效），提高焊接速度和质量。搅拌头材料应能在高温下长时间保持高硬度。因此，搅拌头材料和母材对于工具的使用寿命起着至关重要的作用。（来源：TWI）