主办单位:中国焊接协会 中国机械工程学会焊接学会
总        期:第1
16期 2005第16期
发行份数:17430份(2005/9/15)
编         辑:晓  晔       瑷  珉  

 

 行业信息      推广与应用      专家视点 

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国际焊接学会第58届年会李菊博士荣获格莱让(Henry Granjon Prize)奖

    国际焊接学会第58届年会于2005年7月10-15日在捷克首都布拉格召开。来自42个国家的680余位代表参加了此次会议。中国机械工程学会焊接分会前理事长陈剑虹教授、焊接力学及结构设计专业委员会主任霍立兴教授、中国机械工程学会焊接分会理事、钢铁研究总院院长田志凌教授等5位代表出席了会议。
    会上评出了Sossenheimer Prize、Arthur Smith Award等7个奖项9位获奖者。我国航空工业制造工程研究所的李菊(女)博士荣获Henry Granjon Prize(C类)。会议还吸收了阿根廷、巴西、智利作为新的会员国,吸收斯洛伐克焊接学会作为新会员组织,并对IIW各工作委员会的改选结果做出了通报。此外,陈剑虹教授在工作会议上代表中国机械工程学会焊接分会递交了以张彦敏秘书长签署的申请举办2008年IIW区域国际会议的报告,并获得批准。



图为法国焊接学会理事长Mr. A. Houdart 为李菊博士颁奖


李菊做题为Localized thermal tensioning technique to prevent buckling distortion的报告


培训信息——FastCAM套料软件培训课程

    FastCAM套料软件初级培训课程:
    培训对象:购买和使用FastCAM自动编程套料软件的新用户,以及有志从事数控套料切割的人士和新近毕业的大中专毕业生。
    培训内容:FastCAM自动编程套料软件速成培训,包括FastCAM画图,FastNEST自动套料,FastPATH自动编程和FastPLOT校验与成本计算四个模块,以及FastCAM套料软件的安装和控制器设置。使用户在三天内系统学习掌握FastCAM套料软件的正确使用方法,避免企业花费三到五个月时间进行自学,为企业节省时间,节省钢材。
    培训时间:3天,每个月的第三周,星期一至星期三
    培训费用:免费向购买和使用FastCAM软件的新用户开放,食宿费自理
    培训证书:参加培训考试合格,颁发FastCAM套料软件培训证书。
    2005年8月22—24日和9月19—21日的FastCAM套料软件初级培训班正在招生。

    FastCAM认证套料专家高级培训课程:
    培训对象:使用FastCAM套料软件在6个月以上的编程套料人员,以及在下料中心或下料车间从事编程套料切割的生产管理人员。
    培训内容:传授六大核心套料技术,即提高钢材套料率、交互式套料、共边切割连续切割、CAD优化技术、余料套料、防止热切割变形;讲授FastCAM套料软件系统维护技术,全面介绍下料中心或下料车间各种切割下料设备节省钢材的方法和剩余钢材管理和重复利用,以及钢材管理信息化的手段,以达到节省10%钢材,提高10%利润的目标。
    培训时间:3天,每个月的第三周,星期四至星期六
    培训费用:人民币2000元,含培训教材、上机及考试费(食宿费自理)。
    培训证书:参加培训考试合格,授予FastCAM认证套料专家证书。
    2005年8月25—27日和9月22—24日FastCAM认证套料专家高级培训班正在招生。

    有关FastCAM套料软件初级和高级培训课程的报名,可浏览FastCAM公司网站www.fastcam.cn, 或直接对话查询和报名,联系电话:021-50803069。

 

 

 

FastFRAME空间桁架制造软件



    FastFRAME空间桁架制造软件是专门用来解决空间桁架钢结构中多管相交、管管相贯的复杂计算问题和高难度的相贯线及坡口切割问题。
    FastFRAME空间桁架制造软件不仅涵盖了空间桁架中管子相贯线的自动计算,而且包括钢管的切割和施工准备,提供所有节点施工安装图,所有钢管手工切割图和数控切割程序,包括数控坡口切割程序,用于钢管的手工切割和数控切割。


让梦想变成现实!
    设计新颖、造型美观、跨度大、自重轻的空间桁架结构可以轻而易举的制造了!
    空间桁架结构中多管相交、管管相贯、切割难度大的技术难题已经迎刃而解了!
    您相信吗?1~2个工程师,1~2天内完成上百根钢管空间桁架的整体施工准备,提供所有节点和钢管的施工安装图,以及所有钢管的手工切割图和数控切割程序!一周内把钢管全部切好!



FastFRAME空间桁架制造软件突出特点

    ● 成熟!1986年开发,至今已有近20年历史。
    ● 高效!1~2天就可完成上百根钢管的切割准备。
    ● 简单!只需输入节点坐标、钢管序号和尺寸。
    ● 实用!钢管既可手工切割,又可数控切割。
    ● 经验!包括钢管切割经验和桁架组装焊接经验。
    ● 详实!提供节点安装图,钢管切割图和切割程序。
    ● 坡口!提供3~6轴数控坡口及相贯线切割。
    ● 自检!带有自动自检功能,确保桁架结构正确。




FastFRAME空间桁架制造软件主要功能 


    ● 空间桁架主表格数据的输入既可以手工输入,或通过Excel表格的复制粘贴方式输入,还可以CVS文件格式自动读入。

    ● 空间桁架中的钢管可以是圆管或是方管,钢管形状可以是直管、弯折管,以及弓形圆管。

    ● 提供用户可编辑管材数据库,用户可自行添加和完善管材数据库,以便自动选择钢管的直径和壁厚。

    ● 提供切割焊接和组装工艺,包括焊接特性、切割参数、安装顺序,以满足AWS,CIDECT 的技术规格。

    ● 系统自动进行结构检查,提示错误和警告。

    ● 根据主表格中节点坐标和结构单元直径、壁厚和焊接数据,自动计算整个空间桁架。


    ● 可显示和检查每个节点和结构单元

    ● 可显示和打印每个节点的三维组装图和每个支管的二维手工切割图。

    ● 可输出切割列表,以及每个支管的DXF图形和数控切割程序。

    ● 适用于空间桁架的手工切割与施工装配,更适用于数控切管机的数控切割,特别是钢管坡口的数控切割。

    总之,使用简单高效。输入完成桁架坐标和钢管数据,系统马上自动计算完成整个空间桁架的结构,立即输出整个桁架钢管的数控或手工切割的程序和DXF文件。


FastFRAME空间桁架制造软件发展历史

    ● 1987年FastCAM软件公司开发完成FastFRAME空间桁架制造软件。当时该软件仅限于处理圆管构件单元,运行于PC的DOS平台,以后的版本增加了交叉点移动工具,后来版本又增加了矩形截面。当时1.3版本已经到达了一个高峰,可以处理40个节点和80个结构单元。 



    ● 众多金属构架商采用FastFRAME桁架制造软件。澳大利亚一些较大建筑如高塔形建筑、建筑的桅杆、尖顶,墨尔本板球场南看台的屋顶、罗德拉维竞技场和克罗尼亚体育场的屋顶(包括移动屋顶和固定屋顶)都是在FastFRAME的辅助下完成的。


    ● 最著名的是2000年悉尼奥运会的主会场。这些建筑结构使用的较典型的钢管从2” NPS 至24” NPS不等,壁厚达 1”以上。

    ● 2000年FastFRAME桁架软件完成了从DOS版到Windows版的升级。同年与美国TubePro公司和Fagor公司共同研制开发了二轴数控切管机,使FastFRAME桁架软件从手工切割发展到数控切割。当时为美国克罗拉多州的一个公司切割空间构架零件。典型管件尺寸为5/8" x .05"。

    ● 2004年FastCAM软件公司将FastFRAME桁架软件从二轴相贯线切割进一步开发完善到五轴联动数控坡口切割,同时完善了钢管数控切割工艺和焊接工艺,使FastFRAME空间桁架制造软件成为功能进一步完备的用于桁架计算和钢管数控或手工切割的生产施工软件。



(未完待续)


      

搅拌摩擦焊的现状与发展

中国工程院院士(研究员)

高级工程师 栾国红

摘要:  搅拌摩擦焊技术发明至今14年以来,无论在国外还是在国内,已经成功跨出试验研究阶段,发展成为在铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术;这项新型的焊接技术在航空航天飞行器、高速舰船快艇、高速轨道列车、汽车等轻型化结构以及各种铝合金型材拼焊结构制造中,已经展示出显著的技术和经济效益,诸如:根除了熔焊所固有的焊接缺陷(气孔、凝固裂纹等)、提高了接头和结构的连接质量、降低了焊接变形等;并且在其他轻金属如镁、铜、锌等材料结构的制造中也正在实施工程化应用。

与搅拌摩擦焊相适应的焊接新装备和搅拌工具的发展也非常快,为实施搅拌摩擦焊工艺方案(如消除搅拌匙孔)及提高各类材料接头的质量,各种类别的新型搅拌摩擦焊接设备、自动化装置及机器人搅拌摩擦焊机等相继问世。

搅拌摩擦焊目前的发展目标之一是攻克在高熔点金属材料连接中的难题,诸如:普通碳钢、不锈钢、钛合金、甚至高温合金等结构材料的固相连接,进一步优化搅拌工具的型体设计与材料选取,以及焊接过程参数的监控及焊接质量实时检测和控制,制订标准。

 

关键词:搅拌摩擦焊 铝合金焊接 轻金属焊接

0 前言

1991,英国焊接研究所(The Welding Institute-TWI)发明了搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding-FSW),这项杰出的焊接技术发明正在为世界制造技术的进步做出贡献。

在国外,搅拌摩擦焊已经在诸多制造领域达到规模化、工业化的应用水平。如在船舶制造领域,在1996年搅拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地应用在铝合金快速舰船的甲板、侧板等结构件的流水线制造。在轨道车辆制造领域,日本HITACHI公司首先于1997年将搅拌摩擦焊技术应用于列车车体的快速低成本制造,成功实现了大壁板铝合金型材的工业化制造。在世界宇航制造领域,搅拌摩擦焊已经成功代替熔焊实现了大型空间运载工具如运载火箭和航天飞机等的大型高强铝合金燃料贮箱的制造,波音公司的DELTA II型和IV型火箭已经全部实现了搅拌摩擦焊制造,并于1999年首次成功发射升空。2000年世界汽车工业,如美国TOWER汽车公司等就利用搅拌摩擦焊实现了汽车悬挂支架、轻合金车轮、防撞缓冲器、发动机安装支架以及铝合金车身的焊接。20028月,美国月蚀航空公司利用FSW技术研制出了全搅拌摩擦焊轻型商用飞机,并且首次试飞成功。

截至20049月,全世界约有130家各个行业的公司和大学、研究机构获得了英国焊接研究所授权的搅拌摩擦焊非独占性专利许可。已经有多个国家如:英国、美国、法国、德国、瑞典、日本和中国等, 把搅拌摩擦焊技术扩大应用的同时,在世界范围内申请了与搅拌摩擦焊相关技术的专利.1997年起平均每年有100120项搅拌摩擦焊技术专利申请;2004年底,全世界已经公开的搅拌摩擦焊专利申请达到了1218项。

作为一种新型制造产业,搅拌摩擦焊技术正在世界范围内兴起!

1 搅拌摩擦焊的技术特点

搅拌摩擦焊作为一项新型焊接方法,用很短的时间就完成了从发明到工业化应用的历程。目前,在国际上还没有针对搅拌摩擦焊公布的统一技术术语标准,在搅拌摩擦焊专利许可协会的影响下,业界已经对搅拌摩擦焊方法中所涉及到的通用技术术语进行了定义和认可。图1示出了搅拌摩擦焊所用到的主要描述性术语。

 

1搅拌摩擦焊原理示意与名词术语

搅拌摩擦焊技术所涉及到的主要技术术语定义如下:

搅拌头(Pin tool-搅拌摩擦焊的施焊工具;

搅拌头轴肩(Tool Shoulder-搅拌头与工件表面接触的肩台部分;

搅拌针(Tool Pin-搅拌头插入工件的部分;

前进侧(Advanced Side-焊接方向与搅拌头轴肩旋转方向一致的焊缝侧面;

回转侧(Retreating Side-焊接方向与搅拌头轴肩旋转方向相反的焊缝侧面;
   
    轴向压力(Down or Axial Force)-向搅拌头施加的使搅拌针插入工件和保持搅拌头轴肩与工件表面接触的压力;

搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。如图1所示,搅拌摩擦焊过程中,一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件,搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热,使搅拌头邻近区域的材料热塑化(焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点),当搅拌头旋转着向前移动时,热塑化的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移,并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下,形成致密固相连接接头。

搅拌摩擦焊具有适合于自动化和机器人操作的诸多优点,对于有色金属材料(如铝、铜、镁、锌等)的连接,在焊接方法、接头力学性能和生产效率上具有其他焊接方法无可比拟的优越性,它是一种高效、节能、环保型的新型连接技术。

但是搅拌摩擦焊也有其局限性,例如:焊缝末尾通常有匙孔存在(目前已可以实现无孔焊接); 焊接时的机械力较大,需要焊接设备具有很好的刚性;与弧焊相比,缺少焊接操作的柔性;不能实现添丝焊接。

搅拌摩擦焊对材料的适应性很强,几乎可以焊接所有类型的铝合金材料,由于搅拌摩擦焊接过程较低的焊接温度和较小的热输入,一般搅拌摩擦焊接头具有变形小、接头性能优异等特点;可以焊接目前熔焊“不能焊接”和所谓“难焊”的金属材料如:Al-Cu(2xxx系列) Al-Zn(7xxx系列)Al-Li(80902090 2195铝合金)等铝合金。

另外,搅拌摩擦焊对于镁合金、锌合金、铜合金、铅合金以及铝基复合材料等材料的板状对接或搭接的连接也是优先选择的焊接方法;目前,搅拌摩擦焊还成功地实现了不锈钢、钛合金甚至高温合金的优质连接。

搅拌摩擦焊可以较容易实现异种材料的连接,例如铝合金和不锈钢的搅拌摩擦焊接,利用搅拌摩擦焊可以较方便的实现铝-钢板材之间的连接和铜铝复合焊接接头。

搅拌摩擦焊发明初期主要解决厚度1.2~6毫米的铝合金板材焊接问题;1996年,用FSW技术解决了612毫米的铝、镁、铜合金的连接.1997年实现了12~25毫米厚铝合金板的搅拌摩擦焊,并且在宇航结构件上得到应用.1999年搅拌摩擦焊可以焊接50毫米厚的铜合金及75毫米厚度的铝合金零件和产品.2004年,英国焊接研究所已经能够单道单面实现100毫米厚铝合金板材的搅拌摩擦焊。迄今,在材料的厚度上,单道焊可以实现厚度为0.8~100mm铝合金材料的焊接;双道焊可以焊接180mm厚的对接板材。最近,又开发了可以连接0.4mm铝板的微型搅拌摩擦焊技术.

搅拌摩擦焊是长、直规则焊缝(平板对接和搭接)的理想焊接方法.搅拌摩擦焊也已可以实现2-D3-D结构的焊接,如筒形零件的环缝和纵缝;可以实现全位置空间焊接,如水平焊、垂直焊、仰焊以及任意位置和角度的轨道焊。图2示出了多种典型的搅拌摩擦焊接头形式,如多层对接、多层搭接、T形接头、V形接头、角接等。

与传统钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)焊接相比较,搅拌摩擦焊在接头力学性能上据有明显的优越性。例如,对于6.4mm厚的2014-T6铝合金,FSW焊接头性能比TIG焊高16;对于12.7毫米厚的2014-T6铝合金,FSW焊接头性能比TIG焊高22.搅拌摩擦焊接头性能数据一致性较好,工艺稳定,焊接接头质量容易保证。

2 搅拌摩擦焊的接头形式

搅拌摩擦焊接头的疲劳性能一般都优于熔焊接头。1996年英国焊接研究所对6mm厚度的2014-T6 2219-T65083-0 7075-T7351等铝合金进行了搅拌摩擦焊接头的疲劳性能研究,结果表明搅拌摩擦焊接头的疲劳性能优于欧洲弧焊标准(ECCS class B3)。

(未完待续)

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