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赛福斯特公司实现列车壁板结构的搅拌摩擦焊近净成形

日期:2016-05-25供稿:机器人工程中心 柴鹏 王月

搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)自1991年被发明以来,受到国内外学者的广泛关注。一方面,FSW是一种固相连接技术,可避免传统熔化焊所产生的大变形、热裂纹和粗大组织;另一方面,FSW在焊接过程中无飞溅,无烟尘,是一种绿色无污染的焊接技术。回填式搅拌摩擦点焊(Refill friction stir spot welding,RFSSW)是由FSW发展而来的又一种固相连接技术。RFSSW使用一种分体式设计的搅拌工具,即轴肩与搅拌针相互分离,既可以独立运动,又可以保证搅拌针与轴肩的精密配合,以满足无匙孔的高质量焊接。

近年来因FSW已被广泛应用于航空航天,汽车、造船、列车壁板等行业,取得了广泛的经济及社会效益,如右图所示。由于搅拌摩擦焊本身的特点,焊缝尾部由于搅拌头的退出会留下一个匙孔。目前针对匙孔的解决方案通常包括:可回抽方式、引入/引出方式以及焊后切除等方式,在某些特殊结构上可以在焊后保留匙孔。其中,可回抽方式主要针对环形或回转体焊缝,在封闭焊缝路径上采用回抽方式逐渐填充搅拌头退出留下的空间,从而消除匙孔;而引入/引出方式是采用专用的引入/引出板将焊缝匙孔引出结构外,焊后切除则是将匙孔留在结构富裕的部分上,焊后将这部分余量切除掉,从而消除匙孔。可回抽方式局限于环形焊缝,而后两种方式都要采用附加工序将含有匙孔的部分切除,即延长了工序链条、降低了效率,又降低了材料利用率。

近期,赛福斯特公司提出了一种新思路,将回填式搅拌摩擦点焊与传统的搅拌摩擦焊技术相结合,从而实现典型结构的近净成形,并首先在列车壁板结构上获得了演示验证。其工作原理分三步:首先采用RFSSW定位,在需要焊接的焊缝上通过RFSSW从头至尾实现定位连接(图2a);其次采用常规搅拌摩擦焊实现缝焊焊接;最后采用RFSSW填充匙孔,将FSW焊后遗留的匙孔通过RFSSW方式实现二次填充。近净成形的结构无需在焊后进行匙孔部位的加工或采用辅助工装、材料将其引出。

采用传统搅拌摩擦焊技术与可回填点焊技术相结合可以实现结构的近净成形,不仅成功的解决了焊后无匙孔的连续焊接技术,而且简化了焊接程序,节省了能源材料;且焊后无匙孔技术增加了结构完整性。必将促进搅拌摩擦焊技术与搅拌摩擦点焊技术的进一步推广应用。

赛福斯特公司实现列车壁板结构的搅拌摩擦焊近净成形 车身顶盖FSSW搭接 赛福斯特公司实现列车壁板结构的搅拌摩擦焊近净成形 图2近净FSW工作原理 赛福斯特公司实现列车壁板结构的搅拌摩擦焊近净成形 图3 搅拌摩擦焊近净成形的列车壁板

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