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轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制 （上） FrictionStirWeldingandDistortionControllingin LightMetalStructuralManufacturing(Ⅰ) 关 桥 北京航空制造工程研究所 摘 要：该文讨论了工程实践中两个方面的问题。一方面，介绍了搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，FSW) 的国内外发展现状。该技术在铝合金结构制造中已成为可以替代熔焊技术的实用的工业化固相连接技术。 另一方面，还论述了我国拥有自主知识产权的创新性的技术——低应力无变形(LowStressNoDistortion- LSNDWelding)焊接法的机理和工程应用。该方法采用热拉伸效应 （全截面热拉伸、局域热拉伸）主动控 制铝合金、钛合金飞行器薄壁结构焊接失稳翘曲变形，可达到焊后无变形的目标。 关键词：轻合金；铝合金结构；搅拌摩擦焊；残余应力；控制焊接变形；热拉伸效应；低应力无变形焊接 焊接论文 点，对于有色金属材料的连接，在接头力学性能和生产效率上具有其他焊接方法无可比拟的优越性，是一 种高效、节能、环保型的新型连接技术。 FSW对材料的适应性很强，几乎可以焊接所有类型的轻合金材料，尤其是铝合金材料。由于FSw焊接 过程温度较熔焊低，热输入较小，因此焊接头具有变形小、接头性能优异等特点。FSw可以焊接目前熔焊 (8090、2090和2195)等铝合金。 100．0姗铝合金材料的焊接；双道焊可以焊接180硼厚的对接板材。最近，又开发了可以连接0．4姗铝板的 微型搅拌摩擦焊技术。 Fsw是长、直规则焊缝(平板对接和搭接)的理想焊接方法；也可以用于二维、三维结构的焊接，如 筒形零件的环缝和纵缝；还可以实现全位置空间焊接，如水平焊、垂直焊、仰焊以及任意位置和角度的轨 质量容易保证。 于欧洲弧焊标准(ECCScl|鸥sB3)。 二、FSW在国外的发展 FsW作为一种轻合金材料连接的优选焊接技术。已经从技术研究，迈向高层次的工程化和工业化应用 阶段，形成了Fsw设备制造与Fsw产品加工的新产业。在许多制造业领域得到了广泛应用。 航空航天飞行器铝合金结构件，如飞机机翼壁板、运载火箭燃料贮箱等，选材多为熔焊焊接性较差的 到应用。 FSw技术提高了生产效率，降低了生产成本，对航空航天工业有着明显的经济效益。波音公司首先将 火箭于1999年8月17日成功发射升空。娲W技术也用于制造德尔它Ⅳ运载火箭中心助推器。德尔它Ⅳ运 23天降低为6天。 主体结构由12块整体加工的带翼状加强的平板连接而成。结构制造中用Fsw代替了螺栓连接，为零件之 间的连接和装配提供了较大的裕度，并可减轻结构重量，提高生产效率。 目前，FsW在飞机制造领域的开发和应用还处于验证阶段，主要利用FsW实现飞机蒙皮和桁梁、筋 条、加强件之间的连接，框架之问的连接，飞机预成型件的安装，飞机壁板和地板的焊接，飞机结构件和 蒙皮的在役修理等。这些方面的FSw制造已经在军用和民用飞机上得到验证飞行和部分应用。另外波音公 司还成功地实现了飞机起落架舱门复杂曲线的Fsw连接。 撑、飞机地板，以及结构件的装配等铆接工序均由FSw替代(图2)。提高了生产效率，节约了制造成本 并且减轻了机身重量。 聆w在航空航天业的应用主要在以下几个方面：机翼、机身、尾翼；飞机油箱；飞机外挂燃料箱；运 载火箭、航天毪机的低温燃料简；军用和科学研究火箭和导弹；熔焊结构件的修理等。 503 轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制(上) 图2 EcIipse500型商用喷气客机的Fsw焊接构件之一 Fsw成功地解决了轻合金金属的连接难题，在船舶制造业、高速轨道交通制造业、汽车制造业已经成 功地实现了大规模的工业化应用，在兵器、建筑、电力、能源、家电等工业中的应用也越来越广泛。搅拌 摩擦点焊(F鹳w)的研究与技术开发，是汽车制造工业中的一个新热点。 迄今，FsW的大部分研究开发和应用成果都集中在铝合金材料，对于铜合金、钛合金、钢材、热塑材