慣性摩擦焊接技術及其在航空工業領域的應用分析

摘要：在航空領域中由于飛機上的構件具有較高的強度和剛度，所以在進行機械裝焊時，需要采用較為先進的焊接技術，從而保證其結構的完整性和可靠性，進而提高其工作效率。目前我國大部分的航空發動機的生產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的發展以及進步的主要因素之一。為了有效地改善這種狀況，我們必須對該行業的現狀有一個全面地了解，并且對該領域的未來趨勢有正確的預測與展望。本文通過分析國內外的一些文獻，并結合自己的理解與認識，針對摩擦焊的原理及分類，闡述了摩擦焊的概念、特點，并介紹了摩擦焊的應用范圍，希望具有一定參考價值。

關鍵詞：慣性摩擦焊;基礎理論;航空工業

引言

在航空工業中，機械摩擦的應用是非常廣泛的一種形式，它不僅僅可以用于飛機上的各種零部件的制造和維修，還可應用于其他的一些零件的裝配與組裝，如發動機、螺旋槳、活塞等。在航空生產過程中，由于受到環境的影響以及材料加工工藝的限制，需要進行大量的焊接工作，這就對焊接的要求越來越高，也使得焊接的難度隨之增加。因此研究開發適合的焊接技術，對于促進我國航空事業蓬勃發展具有重要的現實意義。

1慣性摩擦焊基礎概念

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60年代早期發明了慣性摩擦焊接。世界著名的慣性摩擦焊接設備制造商是美國MTI公司。慣性摩擦焊接通過待焊接材料之間的摩擦產生熱量。在鐓粗力的作用下，材料發生塑性變形和流動，然后與母材連接。慣性摩擦焊通常配有飛輪，飛輪可以儲存旋轉動能，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端和滑動端，然后加速旋轉端。當旋轉端的轉速達到預定值時，驅動心軸與旋轉端分離。滑動端通常由液壓裝置驅動并向旋轉端移動。工件接觸后，開始摩擦，切斷飛輪電機電源。當旋轉端的轉速降低到一定值時，待焊工件開始鐓粗。經過一定時間后，滑動端退出，焊接過程結束。在實際生產中，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動慣量，從而改變焊接功率和焊接能力。

2慣性摩擦焊接理論

在傳統的飛機結構制造中，為了使飛機結構具有良好的動載性能，保證飛機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行連接。航空制造商為了應對航空市場激烈的競爭壓力，迫切需要提高飛機的產品質量和使用性能，并降低制造成本。采用比強度較高的鋁合金材料和先進的制造技術成為關鍵解決措施。由于摩擦焊過程中的能量轉化是以熱能的形式進行的;在焊接的時候需要保持一定的溫度和壓強，這就要求材料必須要有較好的導熱性，這樣才能保證其在高溫下的穩定性和抗腐蝕性。當摩擦力矩達到一定值時，由于摩擦表面的應力大于材料的強度極限，則會導致接觸疲勞裂紋的產生;而當摩擦力矩超過了屈服點時則會引起塑性變形，從而使接觸區的溫度升高，甚至造成局部高溫，進而引發熱損傷。所以在焊接過程中，我們需要盡可能地避免這種情況的發生和減少，這就要求在進行焊接前，要對焊件的質量和尺寸等參數嚴格控制，同時還要保證其無裂痕、無氧化、無燒結等缺陷。

3慣性摩擦焊在航空工業領域的應用

3.1降低飛機制造成本

在航空工業領域中，由于焊接的工作環境惡劣，溫度高，所以需要焊縫具有耐高溫性，同時焊縫的硬度較高，這也就使得焊接過程中容易出現裂紋等現象。隨著科學技術的不斷進步，航空制造業對焊接材料的要求越來越高，不僅要滿足強度和剛度的需求外，還要保證其質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成本，就必須采用先進的加工設備來進行焊接，從而達到減小裂紋的目的。 國外的一些國家在航空工業領域中已經形成了自己的一套系統，并且在國際上有一定的影響作用。例如：德國的波音公司的發動機制造的飛機上都有一個重要的零件就是FCCS，是催化裂化油漿，主要采用一種高強度的熱處理工藝，可以承受很大的壓力和振動，所以其具有很強的抗疲勞性能，而且還能抵抗高溫的沖擊力。美國宇航的客機中，宇航的主輪采用的是TD-R型雙焊頭，而其他的軸大多數用的是M-R型雙焊頭。我國的航空企業也開始著手于這方面的研究與應用。

3.2提高飛機制造效率

隨著科學技術的進步與創新，以及世界經濟一體化的趨勢下，中國也開始逐步地向著更高的水平邁進，這就要求我們要不斷地提升自己的自主研發能力，從而來提高自身的競爭實力。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下的粘結劑，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。 摩擦焊接技術已經成為現代工業發展中不可缺少的一部分之一，它不僅能夠有效地保證生產的效率還能節約能源，因此對于機械設備的設計與制造都有著非常重要的意義。

3.3提供新的飛機結構設計可能性

從目前的發展情況來看，我國在飛機的結構上已經有了很大的改進和提高，但是在一些關鍵的部位上仍然需要進行優化，比如說，發動機、機翼等部件，這些零部件的質量和可靠性也都得到了一定的保證;另外，對于飛機的整體設計，也是一個重要的環節;而在飛機的生產過程中，我們可以通過對各種結構的合理搭配，從而使其達到最佳的性能狀態，這樣就能使整個系統的效率得以提升，進而降低成本，實現利益最大化。所以說，為了能夠滿足現代社會的需求以及促進經濟的快速增長，必須要不斷地加強對科學技術的研究力度，以確保其具有較強的競爭力水平。因此要想進一步地推動我國的航空產業的進步與持續穩定的發展就應該積極地推進科技創新，為其提供新的思路與方法，為今后的技術研發奠定良好的基礎條件。

結束語

慣性摩擦焊技術作為先進的固相焊接工藝，以其獨特的技術優勢在高性能材料的連接上得到了廣泛應用，已成為航空發動機轉子部件制造的核心技術。在飛機上使用慣性摩擦焊技術是一個不錯的選擇方式，因為它可以有效的降低成本，提高效率，減少能源的消耗量，從而達到節能環保的目的。此外，它還能保證產品的質量和性能，同時也能節約材料，減輕重量，節省空間，這樣就大大地增加了經濟效益 。隨著航空產業部件向著輕量化的方向發展，對慣性摩擦焊技術提出了新的挑戰，所以要想進一步推廣，還有很長一段路要走。現在已經有很多企業開始著手這方面的探索與實踐，未來該技術將在航空領域中開展更廣泛的應用。

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作者簡介：郭芮岐（1994.10-），女，漢族，陜西西安人，碩士，研究方向：飛機改裝技術研究。