慣性摩擦焊接技術(shù)及其在航空工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

摘要：在航空領(lǐng)域中由于飛機(jī)上的構(gòu)件具有較高的強(qiáng)度和剛度，所以在進(jìn)行機(jī)械裝焊時(shí)，需要采用較為先進(jìn)的焊接技術(shù)，從而保證其結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性，進(jìn)而提高其工作效率。目前我國(guó)大部分的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)廠家都存在著或多或少的焊接缺陷問題，這也是制約著航空工業(yè)的發(fā)展以及進(jìn)步的主要因素之一。為了有效地改善這種狀況，我們必須對(duì)該行業(yè)的現(xiàn)狀有一個(gè)全面地了解，并且對(duì)該領(lǐng)域的未來趨勢(shì)有正確的預(yù)測(cè)與展望。本文通過分析國(guó)內(nèi)外的一些文獻(xiàn)，并結(jié)合自己的理解與認(rèn)識(shí)，針對(duì)摩擦焊的原理及分類，闡述了摩擦焊的概念、特點(diǎn)，并介紹了摩擦焊的應(yīng)用范圍，希望具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：慣性摩擦焊;基礎(chǔ)理論;航空工業(yè)

引言

在航空工業(yè)中，機(jī)械摩擦的應(yīng)用是非常廣泛的一種形式，它不僅僅可以用于飛機(jī)上的各種零部件的制造和維修，還可應(yīng)用于其他的一些零件的裝配與組裝，如發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳、活塞等。在航空生產(chǎn)過程中，由于受到環(huán)境的影響以及材料加工工藝的限制，需要進(jìn)行大量的焊接工作，這就對(duì)焊接的要求越來越高，也使得焊接的難度隨之增加。因此研究開發(fā)適合的焊接技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)航空事業(yè)蓬勃發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1慣性摩擦焊基礎(chǔ)概念

慣性摩擦焊接是一種典型的攪拌摩擦焊接工藝。卡特彼勒在20世紀(jì)60年代早期發(fā)明了慣性摩擦焊接。世界著名的慣性摩擦焊接設(shè)備制造商是美國(guó)MTI公司。慣性摩擦焊接通過待焊接材料之間的摩擦產(chǎn)生熱量。在鐓粗力的作用下，材料發(fā)生塑性變形和流動(dòng)，然后與母材連接。慣性摩擦焊通常配有飛輪，飛輪可以儲(chǔ)存旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，為摩擦工件提供所需能量。慣性摩擦焊前，將工件分別加載到旋轉(zhuǎn)端和滑動(dòng)端，然后加速旋轉(zhuǎn)端。當(dāng)旋轉(zhuǎn)端的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)心軸與旋轉(zhuǎn)端分離?；瑒?dòng)端通常由液壓裝置驅(qū)動(dòng)并向旋轉(zhuǎn)端移動(dòng)。工件接觸后，開始摩擦，切斷飛輪電機(jī)電源。當(dāng)旋轉(zhuǎn)端的轉(zhuǎn)速降低到一定值時(shí)，待焊工件開始鐓粗。經(jīng)過一定時(shí)間后，滑動(dòng)端退出，焊接過程結(jié)束。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過改變飛輪或組合不同尺寸的飛輪來改變飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而改變焊接功率和焊接能力。

2慣性摩擦焊接理論

在傳統(tǒng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造中，為了使飛機(jī)結(jié)構(gòu)具有良好的動(dòng)載性能，保證飛機(jī)的安全性和使用壽命，主要采用鉚接和栓接兩種連接方式，很少采用焊接工藝方法進(jìn)行連接。航空制造商為了應(yīng)對(duì)航空市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)壓力，迫切需要提高飛機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，并降低制造成本。采用比強(qiáng)度較高的鋁合金材料和先進(jìn)的制造技術(shù)成為關(guān)鍵解決措施。由于摩擦焊過程中的能量轉(zhuǎn)化是以熱能的形式進(jìn)行的;在焊接的時(shí)候需要保持一定的溫度和壓強(qiáng)，這就要求材料必須要有較好的導(dǎo)熱性，這樣才能保證其在高溫下的穩(wěn)定性和抗腐蝕性。當(dāng)摩擦力矩達(dá)到一定值時(shí)，由于摩擦表面的應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度極限，則會(huì)導(dǎo)致接觸疲勞裂紋的產(chǎn)生;而當(dāng)摩擦力矩超過了屈服點(diǎn)時(shí)則會(huì)引起塑性變形，從而使接觸區(qū)的溫度升高，甚至造成局部高溫，進(jìn)而引發(fā)熱損傷。所以在焊接過程中，我們需要盡可能地避免這種情況的發(fā)生和減少，這就要求在進(jìn)行焊接前，要對(duì)焊件的質(zhì)量和尺寸等參數(shù)嚴(yán)格控制，同時(shí)還要保證其無裂痕、無氧化、無燒結(jié)等缺陷。

3慣性摩擦焊在航空工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1降低飛機(jī)制造成本

在航空工業(yè)領(lǐng)域中，由于焊接的工作環(huán)境惡劣，溫度高，所以需要焊縫具有耐高溫性，同時(shí)焊縫的硬度較高，這也就使得焊接過程中容易出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，航空制造業(yè)對(duì)焊接材料的要求越來越高，不僅要滿足強(qiáng)度和剛度的需求外，還要保證其質(zhì)量的可靠性和耐磨性。因此為了提高航空制造的效率以及降低生產(chǎn)成本，就必須采用先進(jìn)的加工設(shè)備來進(jìn)行焊接，從而達(dá)到減小裂紋的目的。 國(guó)外的一些國(guó)家在航空工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)形成了自己的一套系統(tǒng)，并且在國(guó)際上有一定的影響作用。例如：德國(guó)的波音公司的發(fā)動(dòng)機(jī)制造的飛機(jī)上都有一個(gè)重要的零件就是FCCS，是催化裂化油漿，主要采用一種高強(qiáng)度的熱處理工藝，可以承受很大的壓力和振動(dòng)，所以其具有很強(qiáng)的抗疲勞性能，而且還能抵抗高溫的沖擊力。美國(guó)宇航的客機(jī)中，宇航的主輪采用的是TD-R型雙焊頭，而其他的軸大多數(shù)用的是M-R型雙焊頭。我國(guó)的航空企業(yè)也開始著手于這方面的研究與應(yīng)用。

3.2提高飛機(jī)制造效率

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新，以及世界經(jīng)濟(jì)一體化的趨勢(shì)下，中國(guó)也開始逐步地向著更高的水平邁進(jìn)，這就要求我們要不斷地提升自己的自主研發(fā)能力，從而來提高自身的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。摩擦焊絲是一種金屬材料與一定的壓力在特定的溫度和壓強(qiáng)下的粘結(jié)劑，通過摩擦力的作用在工件表面形成的焊縫，它是由一些具有特殊性能的粘結(jié)劑組成的混合物（如石墨、陶瓷等），也可以是由碳鋼或其他合金制成的熱塑性非牛頓流體，如鋁、鋁合金等。 摩擦焊接技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中不可缺少的一部分之一，它不僅能夠有效地保證生產(chǎn)的效率還能節(jié)約能源，因此對(duì)于機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造都有著非常重要的意義。

3.3提供新的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能性

從目前的發(fā)展情況來看，我國(guó)在飛機(jī)的結(jié)構(gòu)上已經(jīng)有了很大的改進(jìn)和提高，但是在一些關(guān)鍵的部位上仍然需要進(jìn)行優(yōu)化，比如說，發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)翼等部件，這些零部件的質(zhì)量和可靠性也都得到了一定的保證;另外，對(duì)于飛機(jī)的整體設(shè)計(jì)，也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié);而在飛機(jī)的生產(chǎn)過程中，我們可以通過對(duì)各種結(jié)構(gòu)的合理搭配，從而使其達(dá)到最佳的性能狀態(tài)，這樣就能使整個(gè)系統(tǒng)的效率得以提升，進(jìn)而降低成本，實(shí)現(xiàn)利益最大化。所以說，為了能夠滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，必須要不斷地加強(qiáng)對(duì)科學(xué)技術(shù)的研究力度，以確保其具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力水平。因此要想進(jìn)一步地推動(dòng)我國(guó)的航空產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步與持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展就應(yīng)該積極地推進(jìn)科技創(chuàng)新，為其提供新的思路與方法，為今后的技術(shù)研發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)條件。

結(jié)束語

慣性摩擦焊技術(shù)作為先進(jìn)的固相焊接工藝，以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在高性能材料的連接上得到了廣泛應(yīng)用，已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件制造的核心技術(shù)。在飛機(jī)上使用慣性摩擦焊技術(shù)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇方式，因?yàn)樗梢杂行У慕档统杀?，提高效率，減少能源的消耗量，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。此外，它還能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，同時(shí)也能節(jié)約材料，減輕重量，節(jié)省空間，這樣就大大地增加了經(jīng)濟(jì)效益 。隨著航空產(chǎn)業(yè)部件向著輕量化的方向發(fā)展，對(duì)慣性摩擦焊技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，所以要想進(jìn)一步推廣，還有很長(zhǎng)一段路要走?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多企業(yè)開始著手這方面的探索與實(shí)踐，未來該技術(shù)將在航空領(lǐng)域中開展更廣泛的應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：郭芮岐（1994.10-），女，漢族，陜西西安人，碩士，研究方向：飛機(jī)改裝技術(shù)研究。