第一部分 生产历史
一、整体发展概述
上海庆强实业有限公司是一家掌握了大量高端数控机床和装备制作核心技术的民营企业。今天的春暖花开，是华庆强先生1985年下海后，带着他的团队，送走了28个隆冬，迎来的是第29个明媚的春光。人间正道是沧桑，上海庆强实业有限公司是由上海庆强数控机床厂"转制"而来，上海庆强数控机床厂则是由戴着"集体企业"、"全民企业"或"军办企业"红帽子的一个"数控室"，脱帽而来的┄┄ 。虽没有"波澜壮阔"但也"历经磨难"┄┄，借小平同志的改革，靠团队众人的智慧，摸技术创新的石头，走了三个阶段。
1、第一阶段——"技术和资金"的两大原始积累阶段
在1985年到1994年，华庆强先生1985年下海后，带着他的团队，以"数控室"一个部门的名义先后通过改建、扩建、组建和挂靠等名义，在上海长江数控设备厂、上海长城数控设备厂、上海科发科技有限公司、上海新兴技术工程研究所、上海数显技术服务中心、上海电气自动化研究所等单位名义下，戴着"集体企业""全民企业"或"军办企业"的红帽子，从"生产数控系统"和"把普通车床改为数控车床"开始，到大型机床的现代化改装和新机床制造，借小平同志的改革开放，华庆强先生和他的团队用了十年的时间完成了"技术和资金"的两大原始积累。特别是1987年参与组建上海第一家"技-工-贸"三位一体的"上海华东科技公司"（营业执照"闸——001"）后，整个团队在技术方面获得极大的提升，控制手段也从早期的"开环控制"上升到当时最先进、目前仍然是主流的"半闭环控制"。
这个阶段三大成果：
⑴、利用华庆强先生1980年大学毕业论文（MC14500一位微处理器工控机）的基础，研发了国内第一台采用微程序控制的工控机（MC14500），进而发展到单板机，单片机，1985年开发出了上海自主研发的第一台《MC——102型微电脑数控系统》，制定了"NC201微电脑数控系统"（NJ-296-88上海市企业标准），并在1987年通过了上海市经委（当时上海市的最高主管部门）的技术鉴定和产品鉴定（最高级别的"双定"）。《上海长江数控设备厂》
⑵、1989年为上海手表厂（上海当时的五大企业之一）设计了国内钟表行业第一台数控表面"米"粒饰件加工机床，也是国内第一台采用半闭环方式的步进电机数控车床能实现手表表面"米"字（时间刻度标识）的精密和精美加工，实测工件的精度在0.01之内。该厂参与此项目的配合人员获得二等奖。《上海华东科技公司》
⑶、1994年名扬神州的万吨水压机要进行第一次大修，其中关于四根立柱承受万吨需用变螺距的螺牙才能解决这一难题上，华庆强和他的团队开发出能执行阿基米德螺旋线的数控技术，并在当时国内最大的那台卧式车床上实测成功。从此，华庆强和他的团队开始挤身于大型设备的数控改造行列中。《上海新兴技术工程研究所》
2、第二阶段—— 技术的成熟和创新发展阶段
从1995年到2004年，经过第一阶段十年的技术和资金原始积累，开始进入新机床生产领域。华庆强和他的团队为了争取更大的发展，特别是业务已经由旧机床改造发展为新机床制造，营业额也突破百万，原有的挂靠关系已经出现制约发展的现象。由于当时提倡"脱帽子"的形势，华庆强先生带着他的团队，正式成立了独立法人的企业---上海庆强数控机床厂（正式审批通过已经是1996年四月），走进了第十一个寒冬。由于当时对民营企业歧视的形势还很严重，再加上业务转变成大型设备数控改造（现代化改装）和新机床的制造，你没有独门技术是很难进入这二个市场的。只有寒冬才能孕育春天，靠团队众人的智慧，企业硬是挤进当时民营企业都不敢进入，具有尖端技术超高要求的"大型高端精密机床——五轴联动龙门加工中心"和"电子对撞机、高能物理加速器——这类高端物理科研项目的研发配套"二大领域。特别是2004年SAPA（上海）有限公司（瑞士独资企业，世界铝合金加工行业技术老大）在全国各地机床厂洽谈了半年多，最后还是由本厂设计制造出了能满足他们独特要求的大型龙门焊铣床后，企业彻底掌握了这类大型高端精密机床的核心技术，并把全部工作的重点，定格在这些最具有代表性、国内紧缺、且有极大社会效应和经济价值的大型高端五轴联动数控机床上。
这个阶段掌握的技术都是综合性的，不再是只能在单台机床上体现出来，而是在整个系列产品上的综合体现。这个阶段主要的三大类成果如下：
⑴、为"高端物理科研项目的研发配套"。1995年到1999年为上海克林加速器有限公司（上海电机厂） "北京高能所五百万伏电子对撞机" 的"扭摆磁铁"项目，"兰州重粒子加速器" 的"精密电源"项目，"合肥国家加速器实验室"的"测磁支架"项目等等，配套生产过计算机控制系统，研发过精密稳流电源，加工过磁透镜的双曲面表面。《上海电气自动化所》和《上海庆强数控机床厂》
⑵、高端制造装备产品；研制大型五轴联动数控机床。从1995年以大型龙门镗铣床改造和制造开始，1999年与杭州兴源压滤机厂共同研制大型龙门镗铣床时首次探讨具有自主知识产权的"五轴联动龙门加工中心"，2004年到2005年为SAPA（上海）有限公司研制第一台数控龙门焊铣床时研制成大型龙门式五轴联动加工中心的核心部件——双回转摆动铣头（这为企业在2007年与上海电气中央研究院、上海交通大学一起承接上海市重大技术装备研制专项--大型龙门式五轴联动加工中心奠定了具有唯一性的技术基础）。 《上海庆强数控机床厂》
⑶、设计制造数控柔性生产线等大型高档专用设备。企业1996年为上汽股份汽车一厂设计制作的轿车变速箱后盖加工自动线（由十台主机二台辅机组成的全数控柔性生产线，设计产量60万个，到2008年，先后转让了三个企业仍然年年产量能超过60万个）；为汽车行业制造的多工位自动平头倒角专机、六工位组合压装专机；八工位镗铣组合机床和零部件加工安装总成机床（集加工与总装为一体） ，是今后机械行业向高效高精发展的重要手段，特别对于复杂零件的高效高精加工具有最高的加工效率。 《上海庆强数控机床厂》
3、第三阶段—— 为制造大国向制造强国方向发展而尽一份力
从2005年开始，企业在新机床设计制造领域发挥得（淋漓尽致）几乎没有任何困难也没有碰到任何难题，而且在制造成本上，通过"采用相同器件达到相同指标"销售价要比国企要降低许多，到2011年接近一半。特别是2007年～2009年参与"上海市重大技术装备研制专项─五轴联动龙门式加工中心"并承担总装的机会，成功研制了五轴联动龙门加工中心机床中难度最大，采用"双回转摆动铣头"的XWQ4025五轴联动龙门加工中心的样机，使企业建立了突破现有标准，制定新标准的信心。
总之，企业在第三阶段，一方面是企业在新机床生产领域掌握了大量的核心技术，并对其中容易仿制的申请专利进行保护；另一方面也深感我国要从制造大国向制造强国发展，不再是技术，而是标准。在第一世界卖标准、第二世界卖技术，我们中国现在只卖产品的局面下，企业制定了《五轴联动龙门加工中心精度标准》、《数控龙门焊铣床精度标准》、《五轴联动龙门加工中心功能标准》和《数控龙门焊铣床功能标准》，最后根据企业主管部门的要求，以企业标准的形式正式备案和发布，目前正在解决新标准的检测问题。
拥有一批机电一体化的高素质的专业技术人员和具有丰富经验的机床修理技师，其中高级工程师五人、工程师三十二人、技师等各类专业技术人员八十七人，外设常规机械室，数控技术室，金切技术室和4个精修改造大组。在近二十年的设备改造过程中不仅充分发挥传统的精修优势而且大胆创新，跟随国内外各种机床改造翻新的新工艺、新技术，不断使工厂的机床翻新改造技术在同行业中保持先进水平。
工厂与国际上的西门子、FANUC二大数控巨头建立了紧密合作关系，许多订单都由他们转包。与三菱、FAGO、欧姆龙等数控集团都有长期的业务往来，公司还与上海开通数控公司、广州数控设备厂、南京仁和数控公司等单位建立了合作伙伴关系，保证本厂改造的设备，无论用哪个公司提供的产品，一般故障均能在2小时内响应，2个工作日内（节假日顺延）解决。特大故障也能在上述时间内拿出几套完整的解决方案来。主营：、、、、、
由于上述优势，工厂在上海数控机床行业开创了自己的一片天地，在改造方面的整套班子，自1985年以来，已为各种企业改造了上千台数控设备，其中，大型设备达二百多台。在新的数控机床生产方面，自1996年开始进入批量生产，现已达年产50多台数控机床的规模，其中以上的大型数控高速龙门铁，年年都有一定的数量运往客户处，今年又推出φ800～φ1600的数控高速立车系列产品，供机械行业的广大客户选用。
公司大力投资研发新技术，并以引领上海机床行业的发展为目标，为推动上海经济发展出一份力。
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联系方式：
上海庆强实业有限公司
上海嘉唐公路1092号
021-5997551
嘉唐公路1092号
Qingqiang_浅谈搅拌摩擦焊
焊接加工专业--焊接加工专业--凤凰网博客
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浅谈搅拌摩擦焊
焊接加工专业
　焊接加工专业老师说搅拌摩擦焊是一种热-力锻造的固相连接方法。待焊工件被刚性固定在垫板上，搅拌头在焊缝处高速旋转，利用搅拌头的轴肩与工件的外摩擦和搅拌头与工件内摩擦热使接合面处产生金属热塑化并在其连续运动下形成连续固相焊缝。 & 搅拌摩擦焊优点　 焊接效率高　 对于铝合金车辆地板焊缝，当壁厚1.5mm时，可以实现4-6mm/min的焊接速度，当壁厚2-2.5mm时，可以实现3-5mm/min的焊接速度。综合速度比MIG焊接快一倍。焊接超薄壁结构，壁厚1mm时，据国外资料介绍，焊接速度可达到6000mm/min，这是MIG焊接无法想象的。对于厚板结构，搅拌摩擦焊接速度和MIG焊相差不大，但MIG焊焊接层数多，一次成功概率小，综合焊接速度搅拌摩擦焊是MIG焊的5倍以上，这在铝合金车辆车钩座产品的试验中已经得到充分验证。　　焊接变形小，综合效率高　　两种焊接方法在同一工况下的变形比较，搅拌摩擦焊变形要远远小于MIG焊接。 & &焊缝与母材基本持平，打磨工作量小　　平整的焊缝外观成型可以保证焊缝基本不用打磨处理，节约了焊缝处理时间。　　焊缝静强度、耐疲劳性能、抗冲击性能获得提高，尤其薄壁结构性能改善更好　　搅拌摩擦焊接头抗冲击性能最好，甚至比母材还耐冲击，根据试验研究，焊接接头的静强度性能、疲劳性能均比MIG焊获得大幅提高。　　焊缝中不存在气孔、疏松，焊缝气密与水密性高　　焊接作业清洁，对环境、人员没有危害，能耗低　　搅拌摩擦焊过程类似机加工过程，没有焊接烟尘的产生和金属颜色的变化，而MIG焊接过程将伴随大量危害健康的烟尘产生，弧光对人的辐射作用也不可能完全避免，而搅拌摩擦焊接能量转换率高，属于低能耗、环保型焊接方法，是国际推广应用的方向。 & &搅拌摩擦焊在国外铁路的应用情况　　搅拌摩擦焊在日本日立、德国邦巴帝、法国ALSTOM等公司均有大量应用，法国ALSTOM还专门成立了一个焊接研究中心研究适合这种工艺方法的设计结构，研究各种规范条件下的力学性能，日立公司在该工艺的应用上走在世界同行的最前沿，用自反应搅拌摩擦焊改革了传统搅拌摩擦焊和MIG焊工艺完全不兼容的弊端，实现了MIG焊、激光MIG复合焊工装条件下的搅拌摩擦焊工艺应用，对该工艺在铁路行业的应用起到化时代的意义，将该工艺的推广应用变得简单化。 & &搅拌摩擦焊在车辆产品上的主要接头示意　　搅拌摩擦焊接头设计主要采用三种方式，对于厚板对接，主要采用直角对接，两块板对接靠严后，直接进行焊接。相关阅读：焊接操作者不可或缺的智能电弧程序
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飞机制造中的搅拌摩擦焊技术及其发展
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21 世纪国内外多种新型飞机的研制，如国内的新一代战机、舰载机、大型运输机和大型客机等，国外的第5 代战斗机、远程轰炸机、新型客机和无人机等，促进了飞机制造技术的飞速发展。其中，搅拌摩擦焊技术就是先进飞机制造技术中的一个新亮点，并且已经在多种新型号飞机制造中得到应用。在众多先进飞机制造技术中，针对飞机金属材料（铝合金、钛合金）的连接，搅拌摩擦焊具有焊接材料兼容性好、接头性能高等特点；针对飞机薄壁复杂金属结构，可以利用平直缝焊、点焊、胶接复合焊、函数曲线焊和空间轨迹焊等众多搅拌摩擦焊方法，实现新型飞机的整体化制造和装配，甚至可以实现在役飞机结构零件的修理和恢复。迄今为止，利用搅拌摩擦焊技术已经实现了飞机机翼、机身、翼盒、地板、密封舱以及加强筋板等零部件的制造，对于进步飞机性能和生产效率以及降低生产本钱有着明显作用。本文将对适合飞机结构制造的的搅拌摩擦焊技术进行较具体的论述和先容，并且对其工程化应用和发展进行阐述。搅拌摩擦焊技术特点和上风搅拌摩擦焊是一种类机械加工的固相焊接新方法。搅拌摩擦焊过程中，搅拌头旋转着插进被焊接工件的界面处，由于搅拌头的轴肩和搅拌针与被焊接工件材料密切接触并持续摩擦，产生的摩擦热使搅拌头四周的被焊接金属材料温度升高并热塑化，当搅拌头沿着焊接界面向前旋转移动时，热塑化金属被搅拌头向后转移同时被实施动态顶锻压力作用，在热－力联合作用下实现材料冶金扩散连接，在搅拌头的后方形成致密的焊接接头。搅拌摩擦焊热源主要是机械摩擦热和塑化材料变形功。焊接过程是一个温度自适应动态平衡过程，焊接温度始终低于被焊材料熔点，固然有报道发现焊接过程会产生低熔点合金的瞬时熔化，但整体而言搅拌摩擦焊接还是一个固态焊接过程。同时由于焊接温度低，搅拌摩擦焊对材料和结构的适应性好、接头性能高、变形小，它还具有节能、环保和宜人化等特点。表1为典型铝合金材料搅拌摩擦焊接头和母材机械性能测试对比。从表中可以看出，搅拌摩擦焊接头性能优异，有时接头性能接近或超过母材，如5A06 铝合金和7A52 铝合金的搅拌摩擦焊接头在进行拉伸强度测试时，断裂位置均发生在母材上，表示采用FSW 技术焊接5A06 和7A52铝合金可以达到与母材等强度的目标；在塑性指标（延伸率）方面，5A06铝合金F SW 接头的延伸率几乎与母材相同。当然表中所示2A14、 材料属于热处理时效沉淀强化铝合金，焊接过程由于受到热循环的作用导致强化相脱溶，接头强度指标低于母材，但是研究表明通过后期热处理，接头强度可以恢复到与母材等强度的状态。针对飞机结构，利用搅拌摩擦焊实现飞机制造具有明显的技术和经济上风。首先，搅拌摩擦焊可以为飞机设计提供新的方法和思路。例如飞机设计师可以优先考虑贸易化的高强铝合金材料代替昂贵的复合材料，并且利用搅拌摩擦焊实现不同种类铝合金甚至铝锂合金的焊接，从而降低材料用度和本钱。其次，利用缝焊、点焊和胶接复合焊等不同种类的搅拌摩擦焊技术可以实现飞机壁板类结构的“无铆”和“无损”制造，维持飞机材料性能的一致性和结构的整体性，同时还具有密封和减重的效果。第三，飞机中大量使用了带筋壁板结构。传统的制造方法是铆接和胶接，现在可以利用搅拌摩擦焊焊接批量化的铝合金挤压型材实现飞机带筋壁板结构的高效、低本钱制造。第四，利用大型精密数控搅拌摩擦焊设备可以实现飞机结构零件的标准化和数字化制造。利用搅拌摩擦点焊机器人等可以实现飞机零部件的“流水线”制造和装配，进步飞机制造的自动化水平。飞机制造中的搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊非常适合平直长焊缝的连接，具有性能稳定效率高的特点，但是为了适应不同材料和结构的需要，经过十多年的研究开发，已经发展出具有不同特点的多种搅拌摩擦焊技术，如搅拌摩擦焊环缝焊接技术、点焊技术和空间曲线技术等。针对飞机结构和特点，下面将对适合飞机制造的搅拌摩擦焊技术分别进行先容。1 平直对接搅拌摩擦焊技术普通搅拌摩擦焊一般是指能够实现平直对接焊缝的搅拌摩擦焊，这种纵缝焊接技术简单实用、搅拌工具（搅拌头）简单、控制参数少，对设备的功能要求低。宽幅型材壁板搅拌摩擦焊制造，只要焊接垫板的平面度在0.2m m 以内，对接间隙少于板厚度的1/10，且工件的厚度差在0.5mm以内，只需要简单平直夹具就可以实现焊接，一般适合于平板和型材的平直对接结构焊接，如在飞机制造中，飞机机身蒙皮平直结构的纵缝对接、大型飞机型材地板结构等。图1 所示为平直对接搅拌摩擦焊制造的飞机带筋壁板结构产品。平直对接纵缝搅拌摩擦焊设备种类很多，有针对研究教学用的小型台式搅拌摩擦焊设备，有针对薄壁筒体结构的悬臂式搅拌摩擦焊设备，有针对航天燃料贮箱的垂竖立式搅拌摩擦焊设备，以及针对高速列车车身壁板的大型龙门式搅拌摩擦焊设备。图2 所示为目前国内能够满足大型飞机地板结构产品制造的宽幅型材壁板搅拌摩擦焊设备。该设备能够适应多种截面结构型材产品的搅拌摩擦焊制造，焊接厚度可以达到15mm,有效焊接长度达到18000m m，能够实现尺寸为18m×6m 的宽幅型材壁板的搅拌摩擦焊接。图1 平直对接搅拌摩擦焊制造飞机带筋壁板2 平面曲线对接搅拌摩擦焊技术对于飞机口盖类结构产品和中空散热器结构产品一般需要平面曲线搅拌摩擦焊技术进行焊接。该技术的关键是能够在工件厚度范围内保持搅拌工具尖部沿着曲线焊缝聚焦，并且在焊接过程中能够使搅拌工具实现0 ～5°焊接倾角范围内沿着焊接曲线轨迹进行切线调整。平面曲线搅拌摩擦焊接头设计多为对搭接结构，工件缝隙要求紧密，高度差不超过0.5mm，焊接过程倾角的调整和跟随连续而稳定，否则轻易产生隧道型和局部富聚型空洞缺陷。目前中国搅拌摩擦焊中心已经利用平面曲线搅拌摩擦焊技术实现了多个飞机口盖类产品以及电子和雷达系统的中空散热器产品的搅拌摩擦焊制造，如图3 所示。平面曲线搅拌摩擦焊设备相对比较复杂。普通数控铣床只要有2个坐标轴联动就可以实现平面加工，但搅拌摩擦焊必须有3 个坐标轴在同一个平面内插补联动才能实现平面曲线轨迹的跟踪，同时还要加上主轴的旋转和高度方向的调节才能实现焊接。图4 所示就是中国搅拌摩擦焊中心开发的五轴三联动台式平面曲线搅拌摩擦焊设备以及所焊接的平面曲线产品。3 搭接函数搅拌摩擦焊技术在大型飞机机身制造中，“工”形、“Z”形和“L”形加强筋条和蒙皮壁板之间的搭接结构非常普遍，通常用铆钉连接，制造过程需要制孔、扩孔、涂胶和铆接等多道工序，而且每个铆接点都是一个独立的操纵过程，铆接点的一致性较差。在压弯试验中，飞机蒙皮和筋条铆接结构件以铆接点的整体破坏形式失效，很轻易引腾飞机结构的连锁破坏反应，后果是非常严重的。在新型大飞机的机身蒙皮结构制造中已经开始用搅拌摩擦焊搭接纵缝代替铆接，如图5 所示。这种“以焊代铆”的制造方法具有减重和进步结构整体性的上风。固然这种结构与传统的飞机铆接制造工艺相比具有上风，但是由于搭接焊缝两边具有“楔形”缺口，是潜伏的裂纹源，有可能会影响飞机结构零件的疲惫性能和使用寿命。基于搭接直缝的搅拌摩擦焊具有明显的工艺不完善性，尤其是焊缝两边“楔形”缺口方向的一致性，有可能造成结构件的单向失效或性能降低。所以对于飞机薄壁搭接结构，中国搅拌摩擦焊中心开发了函数曲线搭接搅拌摩擦焊技术。函数曲线搭接搅拌摩擦焊技术就是利用平面曲线搅拌摩擦焊设备沿着搭接工件方向做几何函数轨迹搅拌摩擦焊运动的，如正弦函数曲线或余弦函数曲线。试验证实，函数曲线轨迹搅拌摩擦焊连接强度比平直焊缝强度增加25% 以上。在中国，中国搅拌摩擦焊中心正致力于该技术在飞机薄壁带筋结构中的应用研究。在国外，美国NASA 已经把该技术应用于新一代“宇宙神”火箭的Φ5.5m燃料贮箱的搅拌摩擦焊制造；欧洲的空客公司已经开始在系列大型客机壁板结构件制造中使用函数曲线搅拌摩擦焊技术。4 飞机装配搅拌摩擦点焊技术对于飞机壁板结构的搅拌摩擦焊，一项新型的“搅拌摩擦焊点焊”（Friction Stir Spot Welding，F S SW）技术正在兴起，这是一种适合于飞机复杂结构制造和装配的新技术，将会对未来飞机铝合金结构制造和装配体系产生巨大影响。在传统焊接知识中，点焊主要指电阻压力点焊，其原理是利用大电流经过焊接界面形成的电阻热能使焊接界面局部熔化，在压力的作用下冷却凝固形成焊点接头。而搅拌摩擦点焊是利用搅拌头插进工件后在局部进行停留旋转摩擦一定时间后，不作横向移动，然后退出，在工件上形成点状搅拌摩擦焊接头。其原理是利用摩擦产热和搅拌头高速旋转所形成的塑性金属活动而形成焊点。搅拌摩擦点焊过程有旋转、插进、停留搅拌、退出等4 个典型的阶段组成，焊接循环一般为1～5s，停留时间一般为1～3s，它是一种高效的搅拌摩擦焊方法。搅拌摩擦点焊与电阻压力点焊相比明显克服了电阻压力点焊缺点，搅拌摩擦点焊较电阻点焊电能消耗下降99%，并且不需要冷却剂、压缩空气以及电阻点焊必须的大浪涌电流，设备投资可下降40% 以上，不需要进行焊前预处理，不会产生烟尘和飞溅。搅拌摩擦点焊是新型的绿色点焊技术。搅拌摩擦点焊自2000 年问世以来，已经在汽车产业领域获得了工程化的应用，如日本马自达汽车公司已将搅拌摩擦点焊用在Mazda RX-8型跑车的铝合金车体和车门的焊接上，日本的川崎重工已经在汽车钢结构工件中规模化使用搅拌摩擦焊点焊技术。经过生产时间证实搅拌摩擦点焊是一种既适合铝合金又适合钢合金等高熔点材料点状连接的新技术，搅拌摩擦点焊工具的寿命可以达到100 万次以上，可以大幅度地进步生产效率、节约能源。美国先进材料加工中心（A M P）和波音公司也已经开始尝试在飞机等先进武器装备中使用搅拌摩擦焊点焊。其中对F22 现役飞机的改进改型中采用搅拌摩擦点焊可以在机翼结构中减重17.5%，并且还可以进步生产效率和降低制造本钱。尤其是在飞机带筋壁板的搭接结构中，搅拌摩擦点焊不穿透搭接结构的下板，不损伤飞机外表面的包铝层，可以进步飞机的整体性和防腐蚀能力。在性能方面美国空军研究中心以为搅拌摩擦点焊的特点决定了该技术在搭接结构连接上上风明显。该中心研究了飞机带筋壁板搅拌摩擦点焊、搅拌摩擦焊和铆接结构的性能对比，结构形式为2024-T3 和7075-T6 搭接结构。试验证实，搅拌摩擦焊和搅拌摩擦点焊剪切性能均优于传统飞机铆接结构，并且抗损伤能力大幅度进步。在相同的外载下，搅拌摩擦点焊肋板与搅拌摩擦搭接焊肋板焊接接头产生的位移相同，并且搅拌摩擦点焊结构最大承载能力优于搅拌摩擦搭接焊结构。5 大厚度飞机铝合金结构搅拌摩擦焊技术在大型飞机机翼、翼盒以及密封端框等结构中经常会使用宽幅大厚度铝合金壁板和结构，其中这些飞机结构的原始坯料很多是预拉伸板。目前，在世界范围内满足设计规格尺寸的预拉伸铝板的制造是一个比较大的困难，要实现飞机的整体结构制造，需要对大厚度铝合金结构进行连接和焊接。针对飞机机翼等结构，大厚度铝合金板材种类主要为2000（Al-Cu）和7000（Al-Zn-Cu）系列铝合金，采用常规熔焊方法（TIG/MIG）焊接大厚度铝合金，存在缺陷多、性能低、效率低和变形大等诸多技术难点，不能用熔焊方法焊接。搅拌摩擦焊是目前飞机大厚度铝合金结构最先进的焊接方法。飞机机翼带筋壁板的传统机械加工方法是按翼板筋条高度选择等厚的铝合金板材，然后采用机械加工方法将多余材料加工往除。显然，这将造成大量的材料浪费，且需要很长的加工周期，从而使材料本钱和制造本钱大大进步。相对于传统制造方法，采用搅拌摩擦焊技术具有明显的上风。在空客公司A340E 型飞机的机翼框架中，有一种中间薄两边厚的“工”字结构，在薄板和厚板的连接处接头厚度将达到40m m，传统方法采用高精度机械加工，但存在加工本钱及效率等题目，空客公司采用搅拌摩擦焊实现了40mm 厚铝合金的焊接。如图7 所示，现已完成结构件的焊接及部件级强度性能试验。在中国，中航产业北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊中心在2004 年景功研制了国内首台焊接厚度25mm铝合金结构的搅拌摩擦焊装备，并进行了25mm厚度铝合金构件的搅拌摩擦焊技术开发。此后在2007 年又研制成功亚洲第一台重型搅拌摩擦焊装备，开发了重型搅拌摩擦焊主轴系统，研制了系列化的搅拌摩擦焊工具，实现了70mm厚度高强铝合金结构件的焊接。目前该技术已经在中国大型军用运输机、下一代高性能战斗机中得到应用。 空客A340机翼搅拌摩擦焊结构件搅拌摩擦焊在飞机制造中的应用基于搅拌摩擦焊在飞机制造和装配中的诸多优点，世界范围内的飞机制造公司如空客、波音、月蚀和德宇航等，一方面在开发适合飞机结构和材料的新型搅拌摩擦焊工艺方法，另一方面针对飞机特殊零部件开展搅拌摩擦焊应用研究和装机飞行试验，以确定搅拌摩擦焊连接技术在飞机制造中的实用性、可靠性和安全性等。首先，大型民用客机和大型军用运输机的主体舱段就是飞机机身。飞机机身尤其是中机身主要由平直带筋壁板和小曲率弧形壁板组成，这些结构可以用搅拌摩擦焊实现加强筋和机身蒙皮的连接以及蒙皮和蒙皮的对接。这样的飞机搅拌摩擦焊结构已经在空客A350-800 和900 型飞机中得到应用，甚至正在尝试在新型A380 飞机中同时应用搅拌摩擦焊和激光焊实现机身带筋壁板制造。另外，飞机机身蒙皮的环向对接和框段之间的装配制造也可以应用搅拌摩擦焊。目前机身的环向连接主要是精密铆接结构，根据连接部位载荷的大小，每个接头需要4 ～ 8 排铆钉及高锁连接，接头包括加强板、束缚条、结合板和界面框架。现在主要研究和应用目标是用框架间搅拌摩擦焊连接代替铆钉连接。对于环向蒙皮的对接,可以用空间曲线搅拌摩擦焊实现，也可以用搅拌摩擦点焊实现框架间的装配，在中国已经具有类似的技术基础，2006 年中国搅拌摩擦焊中心已经帮助航天客户实现运载火箭燃料贮箱的空间曲线纵缝以及环缝的焊接，为飞机机身的环向连接奠定了技术基础。其次，大飞机机翼结构制造也可以应用搅拌摩擦焊。先进宽幅翼面壁板结构制造工艺为数控机械加工和喷丸成型，这样的大型工件整体制造本钱很高，目前波音和空客公司正在尝试用搅拌摩擦焊实现小型壁板的连接，以期降低生产本钱和进步制造效率。对于机翼内部数目众多的承力墙结构也用搅拌摩擦焊实现边框和腹板的连接，从而降低数控加工的时间和进步原材料的使用效率。在新型战斗机的机翼制造中考虑到机翼油箱的强度和密封要求，现在正在采用搅拌摩擦焊实现厚度70m m 高强铝合金的连接，以期达到机翼油箱结构整体制造的目的，但是对结构的疲惫性能提出了严格的要求，目前测试工作正在进行中。第三，飞机的舱门和口盖的搅拌摩擦焊制造。飞机机体和机翼上含有多个舱门、检验和维护窗口以及操纵口盖，所有机身开口的部位都需要预成型件来增强开口部位的强度和刚性, 这些舱门和口盖外形一般有气动要求, 内部往往有复杂的刚性支撑，利用搅拌摩擦焊与超塑成型复合工艺可以实现此类零件的无铆接头的制造。如飞机舱门、窗口、检验和维护口盖等都可以使用搭接搅拌摩擦焊和搅拌摩擦点焊制造，也可以使用5 坐标复杂搅拌摩擦焊设备实现空间复杂结构的搅拌摩擦焊整体制造。第四，飞机货舱地板、仪器舱壁板和斜台等型材搅拌摩擦焊制造。大型运输机和客机中的货舱地板、战斗机的驾驶舱以及仪器舱壁板等现在的制造工艺一般是铝合金型材结构加搅拌摩擦焊接，这种工艺技术有助于节省材料和进步生产效率，并且可以大幅度降低制造本钱。在国外，美国波音公司Ｃ -17 和Ｃ -130 大型军用运输机的货舱地板、斜台地板和货物滑板等已经开始采用铝合金型材和搅拌摩擦焊实现该类结构的制造。目前我国正在开发的大型军用运输机的货舱地板和装卸斜台等结构、新一代战斗机的座舱背板、仪器舱地板以及隔板等也正在开发利用搅拌摩擦焊实现高质量、低本钱制造，在该类飞机型材结构制造中，搅拌摩擦焊可以代替90％的铆接接头，生产效率可以进步60%，综合本钱可以降低30% 以上。第五，飞机方向舵等中空夹心结构搅拌摩擦焊。在中小型飞机的中空夹心结构中，尽管复合材料的应用渐成时尚，但是还有很多产品继续采用低本钱的铝合金材料，此类结构的连接工艺已经逐渐采用搅拌摩擦焊，如尾翼方向舵、腹翼以及襟翼等都可以利用搅拌摩擦焊实现封闭式结构的整体制造。搅拌摩擦焊在飞机制造中的发展宇航制造领域的应用需求一直是搅拌摩擦焊技术发展的促进剂。在飞机制造领域搅拌摩擦焊技术的发展首先是针对高强铝合金材料进行焊接性研究，然后针对飞机平直对接结构、带筋壁板搭接结构和空间曲线结构等进行了结构适应性研究，另外还针对飞机零件的搅拌摩擦焊工程化应用。在装备技术上一直向着自动化、数字化和柔性化发展。适合于飞机壁板类结构的搅拌摩擦焊，一般采用龙门式搅拌摩擦焊接装备，但是大型结构假如采用传统的搅拌摩擦焊接技术，需要对产品零件进行刚性固定和支撑，设计制造本钱高，难度大。如今，基于普通搅拌摩擦焊方法发展出了双轴肩自支撑搅拌摩擦焊技术和相关装备，这种技术带有2 个相互作用的焊接轴肩, 焊接力在轴肩内部相互作用抵消，焊接过程甚至只需要很小的向先驱动力就可以实现焊接，对设备而言，可以节省60% 的结构刚性，设计和制造本钱大幅度降低。所以针对飞机复杂型面结构产品，可以利用五坐标以上的精密数控机床和机器人等来实现搅拌摩擦焊接。有资料报道，空客公司已经利用重型机器人（承载1000kg）实现了30mm 厚度飞机模拟结构的焊接，可以说，搅拌摩擦焊在飞机大型关键结构中的应用透出了黎明前的曙光。随着普通搅拌摩擦焊技术的把握和成熟，搅拌摩擦焊已经开始衍生出新的技术。如可以应用于飞机短小结构和复杂空间结构零件制造和装配的搅拌摩擦焊点焊技术就已经发展出摆动点焊技术、回转式点焊技术以及回填式点焊技术等。中国搅拌摩擦焊中心最新开发了回转式搅拌摩擦点焊接头，该点焊技术可以使连接强度进步200% 以上，并且可以消除搭接搅拌摩擦焊时的界面畸变。初步研究表明普通搅拌摩擦焊点焊接头（回转半径r =0 m m）的剪切强度为1.9k N ；当r =1m m 时接头的剪切强度为3.68kN；当r=2mm 时接头的剪切强度为6.72kN；连接强度分别增加到回转半径为0 时的194% 和353%。结束语新型高性能飞机的研制在制造技术方面促进了搅拌摩擦焊技术在飞机制造中的应用和发展，适合于飞机不同材料和结构的特点使搅拌摩擦焊演绎出了多种不同的新型搅拌摩擦焊技术，如搅拌摩擦点焊技术、双轴肩搅拌摩擦焊技术和函数曲线搅拌摩擦焊技术等，这些技术已经在多种飞机结构中得到工程化应用。搅拌摩擦焊技术的日渐成熟和发展将逐渐汇进新型飞机制造的主旋律中。(end)
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