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一文读懂搅拌摩擦焊的前世今生
发布时间:2024-06-25浏览次数:14

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称 FSW)乃是一种固态焊接技术,由英国的 The Welding Institute(TWI)在 1991 年率先提出并推进发展。正因其具有焊接强度高、焊接成本低、绿色无污染以及易实现自动化等显著优势,故而在众多领域获得了广泛的运用。

在造船与海洋工程行业:1996 年,两家斯堪的纳维亚铝挤压公司率先将 FSW 商业化应用于萨帕的鱼类冷冻机面板、Marine Aanensen 的甲板面板以及直升机着陆平台的制造当中。三井造船(Mitsui Engineering and Shipbuilding)采用搅拌摩擦焊预制 Super Liner Ogasawara 的铝板,Super Liner Ogasawara 成为了迄今为止最大的搅拌摩擦焊接船。众多公司还将 FSW 应用于两栖攻击舰的装甲之上。

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铁路行业:英国铁路 395 级日立 A 列车的高强度低变形车体通过纵向铝型材搅拌摩擦焊接而成。自 1997 年以来,Hydro Marine Aluminium 公司使用定制的 25 米长 FSW 机器,采用铝型材制造屋顶板,例如用于阿尔斯通 LHB 的 DSB 级 SA-SD 列车。日本的通勤和特快 A 列车以及英国铁路 395 级列车由日立公司进行搅拌摩擦焊接,而川崎重工对车顶板采用搅拌摩擦点焊,住友轻金属则生产新干线地板。

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航空航天行业:FSW 在航空航天领域被广泛用于制造飞机结构组件,诸如翼梁、舱壁以及推进器部件等。其能够达成轻量化设计,并提供高强度、高性能的连接,同时减少了传统焊接方法中可能引发的缺陷。联合发射联盟(United Launch Alliance)将 FSW 应用于“Delta II”“Delta IV”“Atlas V”和新型“Vulcan”一次性运载火箭及其低温上级,其中首个带有搅拌摩擦焊接级间模块的运载火箭于 1999 年发射。除此之外,该工艺还用于美国国家航空航天局的载人飞行器测试以及 SpaceX 的“猎鹰 1 号”和“猎鹰 9 号”火箭。中国的长征和神舟系列火箭燃料贮箱的环缝和纵缝,均采用搅拌摩擦焊工艺进行焊接。

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汽车行业:在汽车工业里,FSW 用于焊接汽车框架、底盘、发动机以及其他关键部件。由于该技术产生的热影响较小,能够减轻材料疲劳,提升车辆的结构强度和耐久性。福特 GT 的中心通道由两块铝型材搅拌摩擦焊接到弯曲的铝板上制成,并容纳油箱。用于加长林肯城市轿车的铝制发动机支架和悬架支柱是 Tower Automotive 首个采用搅拌摩擦焊接的汽车部件,该公司还将此工艺用于福特 GT 的发动机通道。随着新能源汽车轻量化的发展需求,搅拌摩擦焊大量应用于新能源汽车三电系统(电池托盘、电机壳、控制器壳体)、水冷板、散热器、轮毂等铝/镁合金的焊接。中国在新能源汽车以及搅拌摩擦焊技术方面已经走在了世界前列。

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储能行业:为了优化人类环境和能源结构,解决风电、光电不稳定的难题,储能技术取得了极大的发展。搅拌摩擦焊大量用于焊接储能电池带液冷通道的铝合金箱体。电池箱体的底板需要用摩擦焊进行正反面的拼焊,两侧的堵头也能够采用摩擦焊工艺进行穿透焊接。

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近代科学:KUKA 机器人集团已将其 KR500-3MT 重型机器人通过 DeltaN FS 工具进行搅拌摩擦焊接。该系统于 2012 年 11 月在 EuroBLECH 展会上首次亮相。苹果公司也在同年的 iMAC 上应用了搅拌摩擦焊接,有效地将设备的底部连接到背面。

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搅拌摩擦焊在中国:2002 年,北京航空制造工程研究所(航空 625 所)把搅拌摩擦焊技术引入中国,并成立了中国首家搅拌摩擦焊接技术公司,这家公司被誉为中国搅拌摩擦焊行业的黄埔军校,为后续行业的发展作出了卓越的贡献。据不完全统计,当下中国已有二三十家从事搅拌摩擦焊设备生产制造的企业,大多都有这家公司的渊源。此后,各大高校、科研院所纷纷开展此技术的研究开发及商业化应用。起初主要用于航天军工、轨道交通、船舶等领域。后来,随着新能源汽车、储能和电子半导体等行业的蓬勃发展,此技术得到了更为广泛的应用。目前,中国已成为世界上搅拌摩擦焊技术最先进、经验最丰富、市场规模最大、生产厂家最多的国家。

搅拌摩擦焊技术的发展进程饱含着探索与创新,历经多年的实践和应用,它已然成为现代制造业中一项至关重要的焊接方法,为各个领域的生产制造带来了巨大的经济效益和社会效益。

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