鋁合金攪拌磨擦焊的應(yīng)用現(xiàn)狀?

　　攪拌磨擦焊技術(shù)擁有諸多獨特的優(yōu)點，對于輕合金材料（如鋁、銅、鎂、鋅等）的連接在焊接方法、力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法不可比擬的優(yōu)越性。攪拌磨擦焊是一種固相連接方法，焊縫接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能和小的焊接變形，焊接過程中不需要添加保護(hù)氣和焊絲，沒有熔化、煙塵、飛濺及弧光，是一種環(huán)保型的新型連接技術(shù)。實際情況也的確如此，在FSW技術(shù)問世后的短短幾年內(nèi)，在焊接機(jī)理、適用材料、焊接設(shè)備以及工程化應(yīng)用方面均取得了很大的進(jìn)展。攪拌磨擦焊技術(shù)最初主要用于解決鋁合金、鎂合金及鋅合金等材料的焊接。關(guān)于攪拌磨擦焊工藝的特點和應(yīng)用等，英國焊接研究所進(jìn)行了較多的研究，關(guān)于1993年、1995年申請了世界范圍內(nèi)的專利保護(hù)。目前，該所主要是與航空、航天、船舶、高速列車及汽車等焊接設(shè)備制造廠和國際性的大公司聯(lián)合，以團(tuán)體贊助或合作的形式（TWI的GSP項目）研究、開發(fā)攪拌磨擦焊技術(shù)，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
　　目前由工業(yè)企業(yè)贊助的研究項目包括：大厚度鋁合金的攪拌磨擦焊、鋼的攪拌磨擦焊、鈦合金的攪拌磨擦焊、汽車輕型構(gòu)件的攪拌磨擦焊等。美國的愛迪生焊接研究所（EWI）與TWI密切協(xié)作，也在進(jìn)行FSW工藝的研究。美國的洛克希德。馬丁航空航天公司、馬歇樂航天飛行中心、美國海軍研究年、Dartmuth大學(xué)、德國的Stuttgart大學(xué)、澳大利亞的Adelaide大學(xué)及澳大利亞焊接研究所等都有從不同的角度對攪拌磨擦焊進(jìn)行了專門研究。

　　1.鋁合金攪拌磨擦焊在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用
　　隨著攪拌磨擦焊的研究進(jìn)一步走向深入，攪拌磨擦焊設(shè)備也逐漸從試驗室走向商用。TWI應(yīng)用此技術(shù)為波音公司生產(chǎn)了3個2000系列鋁合金航天飛機(jī)燃料箱；美國洛克希德。馬丁公司、波音-麥道公司、洛克韋樂集團(tuán)、愛迪生焊接研究所等多家機(jī)構(gòu)目前正在致力于攪拌磨擦焊接的研究、應(yīng)用評估和開發(fā)。在航空航天領(lǐng)域適于用FSW技術(shù)焊接的結(jié)構(gòu)包括：軍用或民用飛機(jī)的蒙皮、航天器中的低溫燃料箱，航空器油箱、軍用機(jī)的副油箱、軍用或科技探測火箭等；美國洛克希德。馬丁航空航天公司用該技術(shù)焊接了航天飛機(jī)外部儲存液態(tài)氧的低溫容器；在馬歇樂航天飛行中心，也已用該技術(shù)焊接了大型圓筒形容器。
　　Boeing公司投資幾百萬美元，制造了用于Delta運載火箭的大型低溫燃料容器的大型專用攪拌磨擦焊機(jī)，BAE空中客車公司正在對FSW技術(shù)進(jìn)行方法、性能和可行性驗證，目的是用來生產(chǎn)中型和大型商用客機(jī)，所采用的攪拌磨擦焊機(jī)由地處合利伐克斯的GRAWFORD-SWIFT公司制造，據(jù)說是歐洲功率最大的焊機(jī)。美國ECLIPSE（月蝕）航空公司將利用FSW來制造一架10.86m長、翼展11.88m的中型飛機(jī)，圖1就是美國ECLIPSE公司耗資3億美元研制成功的E500型新型節(jié)能小型噴氣高務(wù)飛機(jī)。公司估計，采用FSW可以將機(jī)身壁板上的加強(qiáng)肋、框架的裝配時間減少80%，使飛機(jī)成本降低為83.7萬美元。此飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件、蒙皮等全部采用國際上最新的連接技術(shù)——攪拌磨擦焊技術(shù)制造，客機(jī)的機(jī)身基本上全部利用攪拌磨擦焊制造，其中包括飛機(jī)蒙皮、翼肋、弦狀支撐、飛機(jī)地板以及結(jié)構(gòu)件的裝配等。
　　攪拌磨擦焊的應(yīng)用主要用來提高生產(chǎn)效率和降低制造成本，會對航空結(jié)構(gòu)件的攪拌磨擦焊工藝是由TWI與美國ALCOA公司聯(lián)合進(jìn)行試驗開發(fā)，然后應(yīng)用于ECLIPSE500型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的焊接。公司在2000年9月通過了飛機(jī)安全委員會的初步設(shè)計評估和認(rèn)證，2001年6月確定攪拌磨擦焊的飛機(jī)制造中的可行性，2001年開始制造攪拌磨擦焊飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，2002年6月首飛，并在6月29日~7月1日向公眾展示了這種新型飛機(jī)的目前已經(jīng)有上百家客戶爭相訂購這種新型的謙價、切能的商務(wù)飛機(jī)。

　　2.鋁合金攪拌摩擦焊在船舶制造領(lǐng)域中的應(yīng)用
　　目前，基于攪拌摩擦焊在焊接方法、力學(xué)性能、制造成本以及環(huán)境等方面的巨大優(yōu)越性和潛在的工業(yè)應(yīng)用前景，在船舶制造領(lǐng)域里，攪拌摩擦焊得到了深入細(xì)致的研究和開發(fā)。船舶制造不僅要求速度的增加，而且要求單位價格載荷性能的提高，所以艦艇制造要盡可能的鋁合金材料來降低船舶重量。但鋁合金材料的傳統(tǒng)連接方法為鉚釘連接和弧焊連接，鉚接增加了制造時間、人力和物料的使用量，而鋁合金熔焊時容易產(chǎn)生變形、缺陷及煙塵等，也限制了弧焊在鋁合金構(gòu)件上的使用，所以隨著攪拌摩擦焊技術(shù)的發(fā)展，用攪拌摩擦焊來實現(xiàn)高集成度的預(yù)成型模塊化制造來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的船舶來板-加強(qiáng)件結(jié)構(gòu)的制造，是船舶制造技術(shù)發(fā)展的必然和革命性的進(jìn)步。
　　攪拌摩擦焊在船舶輕合金預(yù)成形結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用，在外觀、重量、性能、成本以及制造時間上具有明顯的優(yōu)越性，不僅可以用于船舶輕合金結(jié)構(gòu)件的制造，還可以用于現(xiàn)場裝配，為現(xiàn)代船舶制造提供了新的連接方法通知攪拌摩擦焊代替熔焊實現(xiàn)輕合金結(jié)構(gòu)件的制造，是現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的又一次飛躍。
　　FSW技術(shù)在船舶制造、海洋工業(yè)和宇航工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景，適于用FSW技術(shù)焊接的結(jié)構(gòu)包括：甲板、壁板、隔板等板材的拼焊、鋁擠壓件的焊接、船體和加強(qiáng)件的焊接、直升機(jī)降落平臺的焊接等。目前已用該技術(shù)焊接快艇中上長為20m的鋁合金結(jié)構(gòu)件，焊縫總長度超過500Km。