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楼主: 暴力英雄
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[高端制造] 固态焊接技术及在航空航天领域应用专题

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-11 01:41 | 显示全部楼层
刚找到的一个视频,赫鲁尼切夫公司的"安加拉"火箭装配过程3D演示,我们从头就可以看见大量采用了包括搅拌摩擦焊在内的固体焊接技术和手段

点评

这视频赏心悦目啊~~  发表于 2012-9-11 16:44
mail666 发表于 2012-9-11 15:26 | 显示全部楼层
  请问,这个领域中航赛福斯特能排第几位
 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-12 02:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2012-9-12 02:53 编辑


       在国内应该算领先吧!当然航天系统也有一个工程中心专门做摩擦焊,而且还和德国合作引进搅拌摩擦点焊技术,这就是位于上海的上海航天特种焊接设备研究中心。
http://www.aerospacesh.com/

                               
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       其实中心设立在上海航天设备制造总厂(也就是149厂),隶属于中国航天科技集团公司第八研究院,主要承担运载火箭、神舟飞船、战术武器三大系列、20多个型号产品的研制生产任务,创下了大型运载火箭“首发成功,发发成功”的辉煌业绩,参与研制生产的神舟飞船实现了连续七次成功发射和回收,邓小平、江 泽民、胡锦涛等党和国家领导人先后莅临航天总厂视察,并予以高度评价。
        由国防科工委命名的特种焊接设备研究中心设于149厂。目前,149厂在焊接领域拥有国内领先的人才、设备和技术优势,创造了国内多个第一,填补多项国内空白。现有航天专家院士顾问2人,中国焊接学会理事1名,航天八院焊接专家组成员2名;研究员3名、高级工程师10名、焊接特技技师2名;焊接专业博士后/博士8名、硕士20名。经过多年探索,目前中心在铝合金构件焊接装备开发、工艺技术研究、工艺装备研究、工程化应用研究等方面均处于国内领先地位,成功开发出一维、二维、三维、重载等系列搅拌摩擦焊装备,还承担着多项科技部、总装备部和八院“十一五”焊接技术预研课题,承接多项对外协作产品的焊接任务,如航天发动机机架、新型雷达冷板、热沉器和软连接、电子芯片薄膜沉积散热器等焊接产品。
    2009年,149厂开始启动摩擦点焊设备研发,成功开发出国内第一台摩擦点焊设备,并亮相北京埃森国际焊接展。2010年7月,149厂与德国RIFTEC公司正式签署合作协议,成为该公司摩擦点焊设备在国内唯一的研制、生产、销售商。目前我厂正在研发摩擦点焊机器人等多个系列产品,并成功运用在航天、轨道交通、船舶制造等多个领域。
发展历程
                                                                       奠定基业
    自本世纪初开展特种焊接研究至今,上海航天设备制造总厂已经将搅拌摩擦焊技术推广到信息通信、电力能源、航空航天、微电子产业领域,成功运用到运载火箭贮箱、电力行业铝合金散热器、软连接组件、航天发动机机架、雷达铝合金冷板、大厚度铝合金雷达冷板、大尺寸铝合金飞机壁板等产品的加工生产中,为 20 余家国内外客户提供满意的焊接解决方案。
                        

                               
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        2009 年,本中心开始启动摩擦点焊设备研发,成功开发出国内第一台摩擦点焊设备,并亮相北京埃森国际焊接展。 2010 年 7 月,我厂与德国 RIFTEC 公司正式签署合作协议,成为该公司摩擦点焊设备在国内唯一的研制、生产、销售商。目前本中心正在研发摩擦点焊机器人等多个系列产品,并成功运用在航天、轨道交通、船舶制造等多个领域。
       经过多年探索,目前中心在航天铝合金构件焊接工艺技术研究、工艺装备研究、工程化应用研究等方面均处于国内领先地位,承担着多项科技部、总装备部和八院 “ 十一五 ” 焊接技术预研课题,承接多项对外协作产品的焊接任务,如航天发动机机架、新型雷达冷板、大型直流输变站上的热沉器和软连接、电子芯片薄膜沉积散热器等焊接产品。
       现阶段,中心有航天专家院士顾问 2 人,中国焊接学会理事 1 名,航天八院焊接专家组成员 2 名;研究员 3 名、高级工程师 10 名、焊接特技技师 2 名;焊接专业博士后 / 博士 8 名、硕士 20 名。
      中心成立以来,在搅拌摩擦焊设备开发、应用与技术体系建设方面取得重大突破,填补多项国内空白。在这里诞生了多个国内乃至亚洲第一
亚洲第一台大尺寸、焊接厚度达 75mm 的铝合金厚板搅拌摩擦设备;
国内第一台推进剂贮箱纵缝立式搅拌摩擦焊;
第一台贮箱箱底搅拌摩擦焊;
国内最大工作台面积的平面曲线焊缝搅拌摩擦焊;
国内首个完整的搅拌摩擦焊技术体系;
国内首份院级搅拌摩擦焊工艺技术标准。
       在特焊中心发展历程中,特种焊接技术是其主要的发展方向,特别是在航天铝合金结构件搅拌摩擦焊方面实现了国内诸多应用创举,主要的技术成果有:
——2006 年 9 月,实现贮箱筒段壁板机铣+等距折弯+ FSW 技术制造;
——2007 年 2 月,我国第一条火箭贮箱箱底瓜瓣纵缝在 149 厂诞生;
——2007 年 9 月,首次实现国内采用搅拌摩擦焊焊接火箭贮箱环缝;
——2008 年 1 月,首次实现贮箱箱底圆环与型材框环缝搅拌摩擦焊制造;
——2008 年 3 月,实现亚洲最大厚度( 8 0mm )铝合金搅拌摩擦焊制造 ;
——2008 年 7 月,首次实现国内贮箱 箱底( XX-X ) 全搅拌摩擦焊;
——2008 年 9 月,制定了我国航天工业第一份院级搅拌摩擦焊技术标准;
——2008 年 9 月,国内首次引进填充式摩擦点焊技术与装备;
——2009 年 1 月,首次综合利用 VPPA+FSW 实现火箭低温贮箱制造;
——2009 年 2 月,国内首次实现铝合金双轴肩搅拌摩擦焊;
——2009 年 3 月,实现 XX-X 火箭薄壁箱底全搅拌摩擦焊制造;
——2010 年 7 月,实现反面定位技术在 XX-X 熔焊箱底制造中的应用;
——2010 年 8 月,实现 FSW+VPTIG 在 XX-X 共底薄壁贮箱的制造应用。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-12 03:01 | 显示全部楼层
上海航天特种焊接设备研究中心的主要产品
一、搅拌摩擦点焊设备
1、基本型搅拌摩擦点焊产品

                               
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详细内容
设备系列( Welder Series):摩擦点焊
设备型号 (Welder Type): FSSW-SK-002
工作台行程( Max Stroke): 100mm
控制系统 (Control System): PC+ PLC
主电机功率( Spindle Power): 5kw
最大焊接厚度( Max Thickness): 4mm
技术优点
-质量好、缺陷小、变形小、焊接质量稳定;
-节省能源、减低成本, Mazda公司的研究表明,所消耗的能量可以减低 99%,从电阻点焊的每焊点40W.h降低到新工艺的每焊点 0.4W.h;
-工艺过程简单;
-无需特殊的结构改变,采用摩擦点焊焊接时,原来的点焊,铆接结构可以继续采用,不需要更改结构;
-连续工具寿命长, Mazda公司生产表明:搅拌摩擦点焊头在经历了 10万次连接后也没有损耗现象;
-工作环境清洁,搅拌摩擦点焊工作环境没有灰尘和烟雾,不需要大电流,生产过程是清洁的,不会产生任何电磁和噪声污染,属于绿色无污染工艺。
2、机床型摩擦点焊机

                               
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详细内容设 备 系 列( Welder Series):摩擦点焊
设 备 型 号 (Welder Type ): FSSW-SK-003
控 制 系 统 (Control System ): Fagor数控系统
主 电 机 功 率( Spindle Power): 5kw
最大焊接厚度( Max Thickness): 4mm
重复定位精度( Repeatability):± 0.02mm
技术优点
-质量好、缺陷小、变形小、焊接质量稳定;
-节省能源、减低成本, Mazda公司的研究表明,所消耗的能量可以减低 99%,从电阻点焊的每焊点 40W.h降低到新工艺的每焊点 0.4W.h;
-工艺过程简单;
-无需特殊的结构改变,采用摩擦点焊焊接时,原来的点焊,铆接结构可以继续采用,不需要更改结构;
-连续工具寿命长, Mazda公司生产表明:搅拌摩擦点焊头在经历了 10万次连接后也没有损耗现象;
-工作环境清洁,搅拌摩擦点焊工作环境没有灰尘和烟雾,不需要大电流,生产过程是清洁的,不会产生任何电磁和噪声污染,属于绿色无污染工艺。
3、机器人型摩擦点焊产品

                               
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详细内容设 备 系 列( Welder Series):摩擦点焊
设 备 型 号 (Welder Type ): FSSW-SK-004
工 作 台 行 程( Max Stroke): 100mm
主 电 机 功 率( Spindle Power): 5kw
最大焊接厚度( Max Thickness): 4mm
控   制   轴 (Controlled Axes): 6轴
运 动 半 径( Reach): 3400mm
技术优点
-质量好、缺陷小、变形小、焊接质量稳定;
-节省能源、减低成本, Mazda公司的研究表明,所消耗的能量可以减低 99%,从电阻点焊的每焊点 40W.h降低到新工艺的每焊点 0.4W.h;
-工艺过程简单;
-无需特殊的结构改变,采用摩擦点焊焊接时,原来的点焊,铆接结构可以继续采用,不需要更改结构;
-连续工具寿命长, Mazda公司生产表明:搅拌摩擦点焊头在经历了 10万次连接后也没有损耗现象;
-工作环境清洁,搅拌摩擦点焊工作环境没有灰尘和烟雾,不需要大电流,生产过程是清洁的,不会产生任何电磁和噪声污染,属于绿色无污染工艺。  


 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-12 03:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2012-9-12 03:18 编辑

航天特焊中心的主要产品
二、搅拌摩擦焊设备
1、卧式二维搅拌摩擦焊设备

                               
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详细内容
结构形式:卧式龙门结构
最大焊接厚度: 16mm
X ( Traverse ): 0~1200mm
Y ( Cross ): 0~300mm
Z ( Plunge ): 0~300mm
工作台: 1500mm~1000mm
A 轴倾角可调: 0~5 °手动调节
C 轴: 0~360 °数控调节
控制系统: FAGOR 高级数控系统
设备特点:
1、   采用卧式结构,设备开放性好;
2、   C 向采用特殊传动技术替代齿轮传动,传动刚性好;
3、   Z 向采用特殊导轨设计,传动更加稳定;
4、   二维随动控制,保证搅拌摩擦焊过程中焊接倾角的恒定要求。
2、立式二维搅拌摩擦焊设备

                               
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详细内容
结构形式:立式结构
最大焊接厚度: 16mm
最大焊接行程: 1200mm
X ( Traverse ): 0-1200mm
Y ( Cross ): 0-800mm
Z ( Plunge ): 0-500mm
控制系统:西门子数控系统
匙孔消除技术:无匙孔焊接技术
设备特点 :
1、采用大刚性立式结构,占地面积小,运行灵活;
2、C向采用特殊传动技术替代齿轮传动,传动刚性好;
3、Z向采用特殊导轨设计,传动更加稳定;
4、实现伺服控制回抽功能,搅拌头的回抽控制精度更高,焊接质量更稳定;
5、焊接机头电气连接全部通过滑环装置, C 轴可无限制旋转,实现复杂曲线不间断连续焊接。
3、五轴联动搅拌摩擦焊产品

                               
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详细内容
结构形式: 定梁静龙门结构
最大焊接厚度: 15mm
最大焊接行程: 8000mm
X ( Traverse ): 0~8000mm
Y ( Cross ): 0~4000mm
Z ( Plunge ): 0~1500mm
控制系统:五轴联动数控系统
设备特点
1、机头采用电主轴设计,结构紧凑,刚性好。
2、采用串联五轴联动技术,可实现复杂空间曲线焊接、且焊接灵活性好。
3、床身采用龙门设计,刚性好,设备稳定性强。
4、重载并联五轴搅拌摩擦焊产品

                               
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详细内容技术规格
结构形式:双龙门式结构
最大焊接厚度: 80mm
最大焊接行程: 6300mm
控制系统:并联五轴高级数控系统
设备特点
1 、用于长度 6300mm 以内平板铝合金直线、曲线焊接,单面可焊 2 -80mm 厚度,双面可焊 2 -150mm 厚度;
2 、采用国内首创并联五轴技术控制,曲线焊缝成形均匀,一致性好。
3 、焊接温度场控制,保证焊缝组织均匀和机械性能一致;
4 、恒压力自适应控制,保证焊缝质量;
5 、机械压紧机构,减少接头错边、有效控制焊接变形;
6 、满足焊接过程实施监控以及数据记录。
5、平面曲线二维焊接产品

                               
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详细内容
X 向(工作台)滑台最大行程: 1000mm
Y 向(工作台)滑台最大行程: 600mm
Z 向(机头)滑台最大行程: 500mm
X 向(工作台)移动速度: ≥ 5000 mm/min
Y 向(工作台)移动速度: ≥ 5000 mm/min
Z 向(机头)移动速度: 0-1000mm/min
最大焊接厚度:6mm
主机最大外形尺寸: 2200 × 1900 × 3200mm
设备能力                                                                           
1、实现伺服控制回抽功能,搅拌头的回抽控制精度更高,焊接质量更稳定;
2、系统响应更快,传输速率更快,控制精度更高,抗干扰能力更强,系统可靠性更高;
3、焊接机头电气连接全部通过滑环装置, C 轴可无限制旋转,实现复杂曲线不间断连续焊接;
4、实现机、电、气一体化设计,设备安装、移动、维护更加便捷。
6、二维搅拌摩擦焊产品

                               
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详细内容
结构形式: 静龙门式结构
X 向(工作台)滑台最大行程: 3000mm
Y 向(工作台)滑台最大行程: 1500mm
Z 向(机头)滑台最大行程: 300mm
X 向(工作台)移动速度: 0 -1500mm/min
Y 向(工作台)移动速度: 0 -1500mm/min
Z 向(机头)移动速度: 1 -500mm/min
焊接厚度: 30 mm
主机最大外形尺寸: 6500× 3000× 3500mm  
技术特点  
1、龙门式结构设计,为平面二维焊件提供通用平台;
2、二维随动控制,保证搅拌摩擦焊过程中焊接倾角的恒定要求;
3、电主轴式回抽轴设计,实现高精度无匙孔式焊接过程;
4 、满足焊接过程实时监控以及数据记录。
7、龙门搅拌摩擦焊设备

                               
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技术规格:
结构形式: 定梁静龙门结构
最大焊接厚度:15mm
最大焊接行程:8000mm
控制系统:五轴联动数控系统
设备特点
1、机头采用电主轴设计,结构紧凑,刚性好。
2、采用串联五轴联动技术,可实现复杂空间曲线焊接、且焊接灵活性好。
3、床身采用龙门设计,刚性好,设备稳定性强。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-12 03:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2012-9-12 04:15 编辑

航天特焊中心的加工产品种类及能力
    中心焊接能力:平板纵缝、筒体环缝及纵缝、空间二维环缝及纵缝等!焊接材料为全部的镁、铝、铜合金,焊接厚度范围为 0.8 80 毫米,实现单面 80mm ,双面 150mm 焊接。水冷板、热沉器、宽幅铝合金翅片散热器;电力电子铝合金水冷板;各类型铝合金机箱;宽幅铝合金带筋板;厚壁铝合金桶;铝合金轮毂;各类型铝合金结构件。产品客户包括航空航天、轨道交通制造、船舶制造、汽车制造、电子电力产业、兵器工业、武器装备等。
                                             航天-筒段纵缝

                               
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    搅拌摩擦焊已广泛应用于航天运载火箭燃料贮箱、中间环形结构件、整流罩、导弹壳体、加强筋结构件等制造中。航天特种焊接中心已成功实现直径5000 mm , 厚度25mm 的铝合金筒形结构零件的纵、环峰焊接,以及能够针对封底结构实现空间曲面的搅拌摩擦焊接,同时可以根据客户要求对铝合金筒形结构零件和产品进行定制加工 。
航天-箱底瓜瓣

                               
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航天-箱底环缝

                               
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航空-飞机带筋壁板

                               
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    研究表明,将搅拌摩擦焊应用于飞机制造中,可以代替60%以上的铆接连接方式,能够有效减轻飞机结构重量,提高生产效率和降低生产成本。将搅拌摩擦焊和钣金成型、超塑成型、喷丸成型等技术复合,可以实现飞机复杂结构和大型壁板类结构整体化制造,在提高性能、减重方面具有明显优势,所以搅拌摩擦焊技术在飞机制造领域有着广泛的应用前景,可以在飞机机翼、机身、密封仓、口盖、地板、仪器舱、雷达冷板等结构中得到应用。 上图为大型飞机带筋壁板FSW(1.5mm厚)
                                       

                               
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船舶-型材拼焊

                               
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    航天特种焊接中心采用搅拌摩擦焊技术进行型材拼焊可实现基本无变形,性能优异、质量一致性好、加工效率高且能源消耗少,产品合格率达到100%,达到世界先进水平,完美取代进口产品,能大幅降低我国船舶制造及列车车体等的生产成本。
                                           船舶-甲板拼接

                               
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                                                                        汽车-轮毂

                               
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                                                                  兵器-装甲车壳体

                               
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                                                                       兵器-发控柜

                               
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      铝合金箱体结构件在现代运输业大量使用,但是目前多采用熔焊技术来实现箱体结构件的连接和定位,由于铝合金材质的物理特性,熔焊热输入量大使得熔焊后变形严重,为了减少这一不利影响,就必须增大焊后机械加工余量,既提高了机械加工的难度,又增加了生产制造成本。针对客户需求,航天特种焊接中心已开发此类产品,焊后箱体结构件平面度控制在0.3mm以下,且焊缝成形美观、无缺陷,达到设计技术要求。搅拌摩擦焊技术在箱体结构件上的成功应用为复杂铝合金结构件的焊接提供了一种全新的解决方案。
电力-热沉器

                               
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电力-软连接

                               
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电力-高压开关

                               
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电力-GIS铝合金筒体

                               
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冶金-电解铝阴阳极板

                               
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散热器-水冷板

                               
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    随着电子器件的集成度越来越高,针对某些特定领域的散热需求,传统的散热方式已不能满足其要求,取而代之的是不同规格尺寸的水冷组件,采用搅拌摩擦焊技术取代传统的钎焊工艺会大大降低其废品率,且焊后成型美观,便于产品的后续加工。焊接厚度最后可达25mm,最大焊接范围可达4300×2500mm。
                                    散热器-液冷散热器

                               
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散热器-翅片

                               
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    大型翅片散热器挤压需要采用大吨位挤压机,成本高、成品率低。采用搅拌摩擦焊技术连接小型翅片散热器及制造大型翅片散热器与整体挤压产品性能一致,并能显著降低成本。本中心采用搅拌摩擦焊工艺制造的翅片散热结构件,焊接区厚度最大可达20mm。
                                     特种产品-厚板焊接

                               
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    随着列车速度的不断提高,对减轻自重,提高接头强度及结构安全性要求越来越高。上海航天特种焊接中心可实现高速列车、货物列车及城轨地铁车辆箱体、窗体、侧墙及车钩面板等结构件的搅拌摩擦焊制造。
    上图为国内首次实现超大厚度板材的铝合金搅拌摩擦焊制造:采用搅拌摩擦焊生产了国内第一块6m×6m×70mm(长×宽×厚)相控阵雷达面板                                    

                               
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     压力容器-空分装置壳体

                               
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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-12 04:13 | 显示全部楼层
北京赛福斯特公司宣传片

http://v.youku.com/v_show/id_XMzEzODQ3MjMy.html
 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-12 04:17 | 显示全部楼层
搅拌摩擦焊的原理视频

http://v.youku.com/v_show/id_XMjAyOTIzODky.html
 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-17 21:55 | 显示全部楼层
位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局NASA马歇尔太空飞行中心是美国航天搅拌摩擦焊技术研究和应用的最主要基地,该中心在搅拌摩擦焊领域已经积累了丰富的经验,尤其是在航天飞机外燃料箱的大尺寸焊接方面

                               
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这是马歇尔太空飞行中心的搅拌摩擦焊车间,注意地面上有四个正待焊接的燃料罐端盖

                               
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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-17 22:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2012-9-17 22:09 编辑

这是马歇尔太空飞行中心发布的一组有关搅拌摩擦焊照片

                               
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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-17 22:07 | 显示全部楼层
马歇尔太空飞行中心采用搅拌摩擦焊加工航天飞机外部油箱的图片

                               
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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-17 22:13 | 显示全部楼层
这是在吊装工件时的情景,左面是台大型全自动机器人焊机

                               
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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-17 22:17 | 显示全部楼层
正在监视焊接过程的技术人员

                               
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加工完成的端盖

                               
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 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-17 22:23 | 显示全部楼层

                               
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刘汉卿 发表于 2012-9-20 00:14 | 显示全部楼层
暴力兄的文章实在是太经典 太专业了 摩擦焊在航空航天上应用的非常广泛
lanza 发表于 2012-9-22 09:33 | 显示全部楼层
这个焊接技术在铝材焊接方面门槛要低一些吧?那么铝合金散热器怕是要有大变样了。
北极企鹅 发表于 2012-9-23 22:27 | 显示全部楼层
有个疑问,环缝焊接结束时,搅拌头/针位置的孔洞是如何填平的?
cdm7 发表于 2012-9-23 22:47 | 显示全部楼层
很想知道国内的惯性摩擦焊和线性摩擦焊应用的如何啊。

点评

正在关注  发表于 2012-9-24 21:16
 楼主| 暴力英雄 发表于 2012-9-24 06:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2012-9-24 06:24 编辑
北极企鹅 发表于 2012-9-23 22:27
有个疑问,环缝焊接结束时,搅拌头/针位置的孔洞是如何填平的?


所以说任何技术都有缺点或者缺陷,不过并不算复杂,拌摩擦焊焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞,只需要补焊上或机械切除,手工搞定.
但最好的还是从工艺上解决,所以NASA的丁博士发明的可回抽搅拌摩擦焊就是为了解决这个问题而发明的,美国专利号#5893507"自动回抽搅拌头",美国MTS公司为南卡大学提供的一台设备就带这种技术,国内也有大学做研究
北极企鹅 发表于 2012-9-24 18:02 | 显示全部楼层
本帖最后由 北极企鹅 于 2012-9-24 18:08 编辑

谢谢暴力兄说明,现在明白了

另一个问题:搅拌针长度是不是要比焊接材料厚度长一点?
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