铝合金搅拌摩擦焊技术研究进展

CASC铝合金搅拌摩擦焊技术研究进展中国航天科技集团公司第八研究院149厂2025/2/271报告提纲一、搅拌摩擦焊技术特点二、国外搅拌摩擦焊技术发展与应用三、航天八院搅拌摩擦焊技术发展与应用四、航天八院搅拌摩擦焊技术发展方向五、致谢2025/2/272一、搅拌摩擦焊技术特点2025/2/273一、优点：1、与数控技术无缝集成；2、优质、绿色、高效、低成本、节能；3、低应力、近无变形；4、焊前/焊后处理简单。二、缺点：1、装备专用性强；2、零件精度和装配精度要求高。2025/2/274FSW-MIG焊接变形比较2025/2/275与TIG焊变形比较（铝合金试件）2025/2/276机床焊接过程类似于铣床加工，需要对接板件压紧；不需要传统焊工的技术等级培训；自动化焊接过程；噪音低，无污染；2025/2/277铝合金系列CuotherMnSiMgZn1xxx3xxx5xxx4xxx6xxx7xxx2xxx8xxx热处理强化非热处理强化焊接性良好焊接性差熔化焊搅拌摩擦焊焊接工艺适应性好-全系列铝合金2025/2/278二、国外FSW技术发展与应用船舶和海洋工业：快艇、游船等的甲板、侧板、防水隔板、船体外壳、主体结构件、直升机平台、离岸水上观测站、船用冷冻器、帆船桅杆和结构件。航天：运载火箭燃料贮箱、发动机承力框架、铝合金容器、航天飞机外贮箱、载人返回舱等。航空：飞机蒙皮、衍条、加强件之间连接、框架连接、飞机壁板和地板连接、飞机门预成形结构件、起落架仓盖、外挂燃料箱。车辆工业：高速列车、轨道货车、地铁车厢、轻轨电车。汽车工业：汽车发动机引擎、汽车底盘支架、汽车轮鼓、车门预成形件、车体框架、升降平台、燃料箱、逃生工具等。其他工业：发动机壳体、冰箱冷却板、电器分封装、天然气、液化气贮箱、轻合金容器、家庭装饰、镁合金制品等。2025/2/2792.1船舶工业2025/2/27102025/2/2711航空工业2025/2/27122025/2/27132025/2/2714航天工业2025/2/2715推进剂贮箱纵缝2025/2/2716DeltaⅣ火箭贮箱—FSW+VPPA2025/2/2717搅拌摩擦焊在航天工业上的应用：波音波音公司“德尔塔IV”系列运载火箭Delta2火箭发射Fromhttp://www.B2025/2/2718波音公司应用经验1、低成本（总费用节省60%）、高效（制造周期从23天减少到6天），生产当量由以前的8~17枚/年提高到95枚/年；2、降低缺陷概率：由1/838.2mm降到1/7620mm；3、减少焊前/焊后化学处理和热处理；4、不需要添焊丝、焊料、保护气；5、静态拉伸强度、断裂强度和疲劳增加30~50%（常温和低温）。2025/2/2719国外FSW技术应用-外贮箱（洛·马公司）6条8mm厚纵缝2条变截面纵缝（8~16.5mm）2025/2/2720搅拌摩擦焊在航天工业上的应用：Fokker欧洲FokkerSpace公司用FSW焊接Ariane5发动机主承力框2025/2/2721全搅拌摩擦焊的H-2B火箭贮箱2025/2/2722轨道交通2025/2/27232025/2/2724兵器工业2025/2/2725电子工业2025/2/2726相控阵雷达基板2025/2/2727电力工业2025/2/27282025/2/2729汽车工业2025/2/27302025/2/2731三、八院搅拌摩擦焊技术发展与应用1、掌握搅拌头结构选材和外形设计2、研制搅拌摩擦焊工艺装备3、制定搅拌摩擦焊技术标准4、研究确定搅拌摩擦焊接头缺陷有效检测手段5、搅拌摩擦焊工程应用实践构建完整的搅拌摩擦焊技术体系，服务于型号产品科研生产2025/2/2732航天八院搅拌摩擦焊技术发展思路一、以人为本、自主创新。通过工艺研究与实践，突破搅拌头设计与制造技术，掌握工艺机理、工艺特性和工艺优化方法；二、内引外联、优势互补。与协作单位精诚合作研制可靠的工艺装备，推动数控搅拌摩擦焊技术的工程化应用研究；三、自主创新为主、协作创新为辅。在FSW技术标准、推进剂贮箱箱底FSW工装工艺、无倾角搅拌头、双轴肩自支撑搅拌头等方面，以我为主、自主创新，积极推动搅拌摩擦焊技术体系建设和工成应用；四、依托八院特种焊接技术中心和型号研制需求，在国防科工委、总装备部和集团公司的领导、关心和支持下，打造华东地区搅拌摩擦焊工程应用中心，推动国防科工委特种焊接技术研究应用中心建设，落实国防科工委关于“强化基础、提升能力、引领发展”的“十一五”工艺发展战略。2025/2/2733八院FSW技术发展目标立足八院、领先集团、面向华东、打造一流。依托八院特种焊接技术中心，通过自主开发、协作创新、持续改进和推广应用，建立、完善搅拌摩擦焊技术体系，起到“引领技术发展，提升工艺水平”的工程应用示范效应；打造华东地区搅拌摩擦焊技术工程应用中心；上海工业装备的发展提供先进制造技术支撑。2025/2/2734阶段性成果1、2005.3~2006.10：推进剂贮箱纵缝立式搅拌摩擦焊设备与装焊工艺；2、2006.8~2007.6：推进剂贮箱箱底数控多轴搅拌搅拌摩擦焊设备与装焊工艺；3、2006.10~2007.6：大厚度铝合金板材搅拌摩擦焊装备与装焊工艺；4、2004.11~2006.9：《铝及铝合金搅拌摩擦焊通用技术条件》和《铝及铝合金搅拌摩擦焊工艺规范》；5、2004.10~至今：多种规格系列化搅拌头（包括无倾角搅拌头、双轴肩搅拌头等特种搅拌头）；6、2005.6~2006.12：完成新一代运载火箭Φ3350工艺验证贮箱、循环预冷贮箱搅拌摩擦焊制造；7、2006.9~2007.11：完成多种铝合金产品搅拌摩擦焊推广应用。2025/2/2735装备研制专家把关2025/2/27362025/2/2737精诚合作协作创新2025/2/2738领导重视现场指导2025/2/27392025/2/2740新一代运载火箭Φ3350工艺验证贮箱2025/2/2741

2006年由八院研究、起草制定的《铝及铝合金搅拌摩擦焊通用技术条件》属于我国航天工业第一个企业标准和第一个院级搅拌摩擦焊技术标准，并成功指导了航天八院新一代运载贮箱的研制生产，表明其工程应用成熟度好，对于我国航天工业搅拌摩擦焊标准的制定具有积极的基础推动作用。2025/2/2742FSW接头缺陷检测手段2004.10~2006.11：八院FSW研发团队经过系统的缺陷机理、特性表征和检测特征研究，明确了：

1、X射线检测和着色检查是FSW接头最为简单、直观、可靠的检测手段；2、相控阵超声波检测作为有效的辅助检测手段。2025/2/2743新一代运载火箭Φ3350循环预冷贮箱总对接2025/2/2744新一代运载火箭Φ3350循环预冷贮箱2025/2/2745系列化搅拌头2025/2/2746厚板焊接用搅拌头2025/2/2747无倾角搅拌头2025/2/2748双轴肩搅拌头2025/2/2749国内第一台贮箱纵缝立式数控搅拌摩擦焊设备2025/2/2750完成焊接的新一代运载Ф3350贮箱筒段模拟件2025/2/2751完成FSW焊接的新一代运载Φ3350贮箱筒段2025/2/2752国内第一台贮箱箱底数控搅拌摩擦焊设备2025/2/2753国内第一条搅拌摩擦焊瓜瓣纵缝2025/2/2754国内第一条搅拌摩擦焊瓜瓣纵缝2025/2/2755箱底圆环纵缝搅拌摩擦焊2025/2/2756完成搅拌摩擦焊的箱底圆环2025/2/2757国内第一台大尺寸、大厚度铝合金板材FSW设备2025/2/2758大厚度铝合金板材（FSW对接）2025/2/2759两面多层、多道MIG焊（低效、三废、高耗能、大变形）2025/2/2760两面多层、多道FSW焊（低效、三废、高耗能、大变形）2025/2/2761两面两道FSW焊（效率提高15倍、绿色、节能、无三废）2025/2/2762工程应用成果1、星用发动机架搅拌摩擦焊；2、雷达铝合金冷板搅拌摩擦焊；3、铝合金散热器搅拌摩擦焊；4、铝合金软连接接头搅拌摩擦焊；5、大型飞机带筋壁板。2025/2/2763卫星发动机机架FSW工装2025/2/2764电力行业铝合金散热器2025/2/2765雷达铝合金冷板2025/2/2766电力行业铝合金软连接组件2025/2/2767电力行业铝合金软连接组件2025/2/2768LY12（2A12）搅拌摩擦焊焊缝外观2025/2/2769大型飞机带筋壁板（LY12）2025/2/2770大型飞机带筋壁板（LY12）2025/2/2771四、八院FSW技术发展方向十一五期间，八院进一步深入开展搅拌摩擦焊工程化应用研究工作，建立面向华东地区的FSW工程应用研究中心，并重点开展以下几方面的研究工作：1、深入开展贮箱箱底搅拌摩擦焊设备调试与工程化应用，将其应用于焊接生产；2、研制双轴肩自支撑搅拌头，开展贮箱环缝搅拌摩擦焊工艺预先研究；3、研制无倾角搅拌头满足铝合金散热器、冷板等二维平面曲线焊缝无缺陷无变形的焊接要求；4、继续开发新型大厚度铝合金搅拌头，提高大厚度铝合金板材的FSW接头质量和效率；5、持续推动FSW技术标准、接头缺陷检测与质量评定标准的完善研究工作；6、开发搅拌摩擦焊缺陷等强无变形补焊工艺和搅拌摩擦点焊工艺；7、推进搅拌摩擦焊军转民应用项目的开发。2025/2/2772拟开展的搅拌摩擦焊技术课题1、高效、长寿命、系列化搅拌头选材和设计；2、