Estado de la aplicación y tendencias de desarrollo de la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio.
1. Descripción general
La soldadura por fricción-agitación (FSW) fue inventada por el Instituto Británico de Soldadura (TWI) en 1991. Desde entonces, se basa en la evidente superioridad de esta unión en fase sólida. tecnología, por ejemplo: excelentes propiedades mecánicas de las juntas, sin necesidad de rellenar materiales de soldadura, sin humo ni salpicaduras de soldadura, muy poca preparación previa a la soldadura y deformación de la soldadura, etc., se ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajo de investigación y desarrollo en Jeje en todo el mundo. . Además, se pueden soldar materiales de aleación de aluminio con soldadura por fricción y agitación, como las aleaciones de aluminio de alta resistencia de las series 2000, 5000 y 7000 utilizadas en los campos de la aviación y aeroespacial. Este método de soldadura avanzado también se puede utilizar para obtener conexiones de alta calidad. Dave NICHOLAS del Instituto Británico de Soldadura cree que el proceso de soldadura por fricción y agitación es el método de soldadura más llamativo desde la llegada de la soldadura láser. Su aparición revolucionará la tecnología de unión de aleaciones de aluminio y otros metales no ferrosos.
En abril de 2002, el Instituto de Investigación de Ingeniería de Fabricación Aeronáutica de Beijing y el Instituto Británico de Soldadura (TWI) firmaron formalmente un contrato sobre tecnología patentada de soldadura por fricción y agitación y obtuvieron una licencia secundaria exclusiva para la tecnología patentada de soldadura por fricción y agitación. La derecha ha abierto la puerta a la investigación, el desarrollo y la aplicación industrial a gran escala de la tecnología de soldadura por fricción y agitación en el mercado chino.
2. Estado de aplicación actual de la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio
La tecnología de soldadura por fricción y agitación tiene muchas ventajas únicas y es adecuada para el procesamiento de materiales de aleaciones ligeras (como aluminio y cobre). , magnesio, zinc, etc.) La conexión tiene ventajas incomparables sobre otros métodos de soldadura en términos de método de soldadura, propiedades mecánicas y eficiencia de producción. La soldadura por fricción y agitación es un método de conexión de fase sólida. La junta soldada tiene excelentes propiedades mecánicas y una pequeña deformación de soldadura. No es necesario agregar gas protector ni alambre de soldadura durante el proceso de soldadura. No se produce fusión, humo, salpicaduras ni luz de arco. Es una nueva tecnología de conexión respetuosa con el medio ambiente. De hecho, este es el caso apenas unos años después de la llegada de la tecnología FSW, se han logrado grandes avances en los mecanismos de soldadura, los materiales aplicables, los equipos de soldadura y las aplicaciones de ingeniería. La tecnología de soldadura por fricción y agitación se utilizó inicialmente principalmente para resolver la soldadura de aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio, aleaciones de zinc y otros materiales. En cuanto a las características y aplicaciones del proceso de soldadura por fricción y agitación, el Instituto Británico de Soldadura ha realizado muchas investigaciones y solicitó protección de patente a nivel mundial en 1993 y 1995. En la actualidad, el instituto coopera principalmente con fabricantes de equipos de soldadura y grandes empresas internacionales como la aviación, la industria aeroespacial, barcos, trenes de alta velocidad y automóviles para investigar y desarrollar tecnología de soldadura por fricción y agitación en forma de patrocinio o cooperación grupal (proyecto GSP de TWI). y continuar ampliando su alcance de aplicación.
Los proyectos de investigación actualmente patrocinados por empresas industriales incluyen: soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio de gran espesor, soldadura por fricción y agitación de acero, soldadura por fricción y agitación de aleaciones de titanio, soldadura por fricción y agitación de componentes automotrices livianos, etc. El Edison Welding Institute (EWI) de Estados Unidos, en estrecha colaboración con TWI, también está realizando investigaciones sobre el proceso FSW. Lockheed de Estados Unidos. Martin Aerospace, el Centro Marshall de Vuelos Espaciales, el Instituto de Investigación Naval de EE. UU., la Universidad Dartmuth, la Universidad de Stuttgart en Alemania, la Universidad de Adelaida en Australia y el Instituto Australiano de Soldadura han llevado a cabo investigaciones especializadas sobre la soldadura por fricción y agitación desde diferentes perspectivas.
1 Aplicación de la soldadura por fricción-agitación de aleaciones de aluminio en el campo aeroespacial A medida que la investigación sobre la soldadura por fricción-agitación continúa profundizándose, los equipos de soldadura por fricción-agitación han pasado gradualmente del uso de laboratorio al comercial. TWI aplicó esta tecnología para producir tres tanques de combustible de aleación de aluminio para transbordadores espaciales de la serie 2000 para Lockheed de Estados Unidos; Martin Corporation, Boeing-McDonnell Douglas, Rockwell Group, Edison Welding Institute y muchas otras instituciones están trabajando actualmente en la investigación, evaluación de aplicaciones y desarrollo de la soldadura por fricción y agitación. En el ámbito aeroespacial, las estructuras adecuadas para soldar con tecnología FSW incluyen: revestimientos de aeronaves militares o civiles, tanques de combustible criogénicos en naves espaciales, tanques de combustible de aviones, tanques de combustible auxiliares de aviones militares, cohetes de exploración militar o tecnológica, etc.; Estados Unidos. Martin Aerospace ha utilizado esta tecnología para soldar contenedores criogénicos para almacenar oxígeno líquido en el exterior del transbordador espacial. También se ha utilizado para soldar grandes contenedores cilíndricos en el Centro Marshall de vuelos espaciales.
Boeing ha invertido millones de dólares para construir una máquina de soldadura por fricción-agitación a gran escala para el gran contenedor de combustible criogénico del vehículo de lanzamiento Delta, y BAE Airbus está llevando a cabo investigaciones sobre los métodos, el rendimiento y la viabilidad de Tecnología FSW El objetivo de la verificación es producir aviones comerciales de tamaño mediano y grande. La máquina de soldadura por fricción y agitación utilizada es fabricada por la empresa GRAWFORD-SWIFT en Livax. Se dice que es la máquina de soldadura más potente de Europa. American ECLIPSE Airlines utilizará FSW para construir un avión de tamaño mediano con una longitud de 10,86 m y una envergadura de 11,88 m. La compañía estima que el uso de FSW puede reducir el tiempo de montaje de las nervaduras y marcos de refuerzo en los paneles de pared del fuselaje en un 80%, reduciendo el costo del avión a 837.000 dólares. Las principales piezas estructurales y el revestimiento de este avión se fabrican utilizando la última tecnología de conexión internacional: tecnología de soldadura por fricción y agitación. El fuselaje del avión de pasajeros se fabrica básicamente mediante soldadura por fricción y agitación, incluida la piel del avión, las nervaduras de las alas y los cordones. Pisos de aviones y piezas estructurales, etc.
La aplicación de la soldadura por fricción y agitación se utiliza principalmente para mejorar la eficiencia de la producción y reducir los costos de fabricación. El proceso de soldadura por fricción y agitación para piezas estructurales aeroespaciales fue desarrollado conjuntamente por TWI y la empresa estadounidense ALCOA, y luego se aplicó a la industria. Tipo ECLIPSE500 Soldadura de piezas estructurales de aeronaves. La compañía pasó la evaluación de diseño preliminar y la certificación de la Junta de Seguridad de Aeronaves en septiembre de 2000, determinó la viabilidad de la soldadura por fricción y agitación en la fabricación de aviones en junio de 2001 y comenzó a fabricar piezas estructurales de aeronaves con soldadura por fricción y agitación en junio de 2002. Voló y demostró esto. nuevo tipo de avión al público del 29 de junio al 1 de julio Actualmente, cientos de clientes se apresuran a pedir este nuevo avión comercial de bajo precio y alto rendimiento. Se espera que este tipo de avión se lance en 2003. La certificación de vuelo fue. realizado en agosto y entregado a los usuarios para su uso en agosto de 2003.
2 La aplicación de la soldadura por fricción-agitación de aleaciones de aluminio en el campo de la construcción naval En la actualidad, basándose en las enormes ventajas y perspectivas potenciales de aplicación industrial de la soldadura por fricción-agitación en términos de métodos de soldadura, propiedades mecánicas, costos de fabricación y En el entorno, en el campo de la construcción naval, la soldadura por fricción y agitación se ha investigado y desarrollado exhaustivamente. La fabricación de barcos no solo requiere un aumento de la velocidad, sino que también requiere una mejora en el rendimiento de carga por precio unitario. Por lo tanto, la fabricación de barcos debe utilizar materiales de aleación de aluminio tanto como sea posible para reducir el peso del barco. Sin embargo, los métodos de conexión tradicionales de materiales de aleación de aluminio son la conexión por remache y la conexión por soldadura por arco. El remachado aumenta el tiempo de fabricación, la mano de obra y el uso de material, y la soldadura por fusión de aleación de aluminio es propensa a deformaciones, defectos y humo, lo que también limita el uso del arco. soldadura El uso de componentes de aleación de aluminio, por lo que con el desarrollo de la tecnología de soldadura por fricción y agitación, el uso de la soldadura por fricción y agitación para lograr una fabricación modular preformada altamente integrada para reemplazar la fabricación tradicional de estructuras de refuerzo de placas de barcos es una tecnología de fabricación de barcos. y el progreso revolucionario.
La aplicación de la soldadura por fricción y agitación en piezas estructurales preformadas de aleación ligera para barcos tiene ventajas obvias en apariencia, peso, rendimiento, coste y tiempo de fabricación. No solo se puede utilizar para piezas estructurales de aleación ligera para barcos, sino que también se puede utilizar. Se puede utilizar para el montaje in situ, lo que proporciona un nuevo método de conexión para la construcción naval moderna. La soldadura por fricción y agitación sustituye a la soldadura por fusión para realizar la fabricación de piezas estructurales de aleación ligera, lo que supone otro salto en el desarrollo de la tecnología de soldadura moderna.
La tecnología FSW tiene amplias perspectivas de aplicación en la construcción naval, la industria marina y la industria aeroespacial. Las estructuras adecuadas para soldar con tecnología FSW incluyen: soldadura a medida de cubiertas, paneles de pared, tabiques y otras placas, y soldadura de extrusión de aluminio. piezas a presión, soldadura de cascos y refuerzos, soldadura de plataformas de aterrizaje de helicópteros, etc. En la actualidad, esta tecnología se ha utilizado para soldar piezas estructurales de aleación de aluminio con una longitud de 20 m en la parte media y superior de lanchas rápidas, y la longitud total de la soldadura supera los 500 km.
3. Desarrollo Tendencia de la soldadura por fricción-agitación de aleaciones de aluminio
En China, el Instituto de Investigación de Ingeniería de Fabricación de Aviación de Beijing y el Centro de Cooperación Tecnológica de Soldadura por Prueba de Agitación de TWI en el Reino Unido - el Centro de Soldadura por Fricción-Agitación de China participan en la investigación de métodos básicos sobre fricción soldadura por agitación, investigación y desarrollo de aplicaciones de materiales y diseño y fabricación de equipos de soldadura por fricción y agitación. Se han logrado grandes avances en aspectos como las ventas y las ventas.
(1) Actualmente, el centro se centra en la soldadura por fricción-agitación en la fabricación de tubos de cohetes aeroespaciales, la soldadura por fricción-agitación entre marcos, revestimientos y estructuras de aviones, la fabricación de aleaciones ligeras para barcos y perfiles de aleaciones de aluminio para alta trenes de alta velocidad. Se están llevando a cabo investigaciones exhaustivas y de ingeniería en aspectos como la fabricación rápida. Además, mientras lleva a cabo proyectos de investigación científica y montaje final de defensa nacional, también ha fortalecido alianzas horizontales y cooperación técnica con empresas y universidades.
(2) En términos de fabricación de equipos de soldadura por fricción y agitación, en marzo de 2003 se diseñaron y fabricaron 3 categorías y 6 tipos de equipos de soldadura por fricción y agitación para el Instituto de Tecnología de Harbin y el Instituto de la Industria de Construcción Naval del Este de China. 2 equipos especializados en soldadura por fricción-agitación.
(3) En términos de aplicaciones de ingeniería, la soldadura por fricción y agitación de aleaciones de aluminio será la primera en utilizarse en transmisión y transformación de potencia, trenes de alta velocidad, aviones de combate de nueva generación y nuevos vehículos de lanzamiento.
IV.Conclusión
Como nuevo tipo de tecnología de soldadura, la soldadura por fricción y agitación tendrá un impacto revolucionario en la fabricación de conexiones de materiales de aleación ligera como la aleación de aluminio. Con avances en los métodos de soldadura, se espera que la tecnología de soldadura por fricción y agitación cambie fundamentalmente las bases de diseño y fabricación de productos militares y civiles como aviones, cohetes, trenes de alta velocidad, lanchas de misiles y tanques de aleación de aluminio.