搅拌摩擦焊在船舶制造工业中的应用(1)

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    0 前言   9 M3 F1 Q q; H4 h: a p- D: g! Z; T8 d* @
    搅拌摩擦焊（FSW）是一种新型固相连接技术，由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明，其优点在于焊接过程不需要填丝、不需要保护气、也不需要昂贵的专用供电设备。焊接过程无弧光、无辐射、无烟尘、无有毒气体、机械自动化程度高，并且对于操作者的要求不高。   . q2 I8 P; @; q! v- e7 {! p C/ U* _
    基于FSW诸多优点，FSW已成功应用到航空、造船、高速列车、汽车等工业领域，而造船工业的应用主要在：甲板、侧板、船底外板、舷墙、防水壁板、地板、船体外壳和主要结构件、直升机降落平台、帆船桅杆及结构件、渔船用冷冻中空板等，其应用范围仍然在不断扩展。用搅拌摩擦焊来实现高集成度的预成型模块化制造船舶平板-加强件结构，是船舶制造领域革命性的进步。  : x$ P% w; y) s
    在国外船舶制造领域，搅拌摩擦焊已得到了成功的应用。在挪威、日本以及澳大利亚已经有多个船舶制造公司利用搅拌摩擦焊技术来制造大型船舶铝合金结构件，这些预成型结构件一般为板材或挤压型材，实现了船舶结构的合理化和轻量化。利用搅拌摩擦焊可以使船舶制造的装配更加精确、容易以及节省时间，从而使船舶制造由零件的制造装配转变为船舶甲板以及壳体的预成型结构件的装配。 
    在中国，基于搅拌摩擦焊在焊接方法、力学性能、制造成本以及环境等方面的巨大优越性和潜在的工业应用前景，在2002年4月，北京航空制造工程研究所与TWI在全面专利许可和技术合作基础上成立的中国搅拌摩擦焊中心，标志着搅拌摩擦焊事业在中国的正式开始，是中国焊接技术发展史上又一块崭新的里程碑；预计在不远的将来，搅拌摩擦焊在中国的船舶制造业中会有广泛的应用。 
    1 搅拌摩擦焊原理  9 D {8 y6 t# j) k0 [
    搅拌摩擦焊是利用特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后沿着待焊零件的待焊界面移动，通过搅拌头对材料的摩擦，使处于热塑性状态的材料，在热和压力的联合作用下形成致密的固相接头;这就是搅拌摩擦焊的原理。 
    2 船用铝合金材料的搅拌摩擦焊 
    搅拌摩擦焊适用于铝、镁、铜、锌、钛、铅等金属及其合金，使用FSW焊接铝合金，在焊接方法、接头性能和生产效率上具有其他焊接方法不可比拟的优越性。搅拌摩擦焊对于几乎所有系列的铝合金材料的焊接都很优秀。而对于船舶制造，因为5XXX系合金既有相当好的抗蚀性，又具有一定的强度与抗冲击性，因此船舶舰艇所用铝合金厚板当前使用最多的就是5083、5086、5456等铝合金。对于5XXX系列铝合金，搅拌摩擦焊的表现极其出色。以5083铝合金为例，FSW接头抗拉强度性能。 
    经过多年研究，目前搅拌摩擦焊可以焊接厚度为0.8~75 mm的铝合金材料，焊接速度从5 mm/min到2000 mm/min，在厚板焊接的效率和质量方面，FSW具有其他焊接方法不可超越的优势。FSW可以实现对接、搭接、角接等多种结构形式的连接，其在轻合金结构件的制造中得到了越来越广泛的应用。