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科技论坛总第285期
林祥烽葛建彪薄晓莉
【摘 要】对于钛合金这种高熔点金属的焊接，搅拌摩擦焊具有无可比拟的优势，但焊接后能否应用于实际中还有待商榷。
通过对航空领域强度分析方法的总结，介绍可用于搅拌摩擦焊技术的强度分析方法研究，希望能够对搅拌摩擦焊技术应用于航 空领域提供参考。
【关键词】钛合金；搅拌摩擦焊；航空；强度分析
1991 年英国焊接研究所(The Welding Institute, TWI ) 发明搅拌摩擦焊技术(Friction Stir Welding, FSW)⑴。在搅
拌摩擦焊中，搅拌头与被焊工件表面有一定的角度，从而使
搅拌头在快速旋转的同时能够沿着垂直于被焊工件厚度方向 向下进给。当搅拌头在被焊工件内部有一定的距离后，搅拌
头会以一定的焊接速度进行水平运动，待被焊工件在搅拌针
和轴肩摩擦产生的焊接热作用下软化并发生塑性变形，在流
动过程中形成焊接接头，具体的原理如图1所示叫 搅拌摩擦
焊在焊接过程中如果输入较低，焊接温度低于被焊工件的材
料熔点，在实现异种金属的可靠连接和金属间化合物的控制
方面具有十分巨大的优势。经过20年来的高速发展，FSW 已 经在航空航天、轨道交通和船舶等领域得到了广泛应用同。
目前中国在航空航天领域有着高速发展的需求和规划，搅拌
摩擦郴迎和应用的高峰，因此对于搅拌摩擦焊的强
度分析方法的研究显得尤为重要[4][5][6]o 本文将对航空领域常
用的三个强度研究领題 绍。
图1搅拌摩擦焊原理图
静强度分析方法研究
对于焊缝的分析方法，现有的飞机设计手册中的关于焊
接的分析方法主要适用于传统的熔焊，如激光焊(LBW )和 搅拌摩擦焊(FSW)分析采用将过于保守。拟通过一系列的 焊缝试片试验，得到相应的焊缝强度系数用于焊缝的静强度 分析。最终融部件的亂试验对分析方法进
二、 瘦劳分析方法研究
拟采用细节疲劳额定值法，通过疲劳性能试验确定焊接
吴辉工艺以及材料的疲劳性能参数：细节疲劳额定值的截止值、
细节疲劳额定值的基本值、光洁度系数B 和粗糙度系数F 等。
利用S-N 曲线经验公式、累积损伤理论和有限元进行焊接结
构细节部位的疲劳分析。
三、 损伤容限分析方潮究
损伤容限分他括聽扩展分析和剩奈强分析。裂纹扩展分析目的是：确定使用载荷环境下，带损伤结 构的裂纹扩展寿命，包括检査门槛值和重复检査间隔。
裂纹扩展分析研究主要从裂纹扩展分析模型确定、裂纹
的开裂模式选择以珈纹扩展材料常数处理的等方面进行。
开裂模式是扌护飞机结构中主、副聽的起始、连续扩展至
破坏的过程描述。它是确定初始裂纹大小以及裂纹连续扩展形
式，建立合理的裂纹扩展计算几何模型的基础；焊接结构的开 裂模式可能会是多种的，我们将根据试验结果从可能出现的开
裂模式中选择出最典型的和最具危险性的一到两种进行研究O
裂纹扩展分析模型从现有计算模型中选取，尽可能使用
裂纹扩展分析软件“NASGRO ”计算。
带裂纹结构的强度会大大低于未损伤结构的强度，为了
防止灾难性破坏的发生，必须分析开裂结构在整个服役目标 期内的承载能力，也就是剩余强度能力。焊接结构作为单路
传力结构，其剩余强度分析以摸索能够达到"两跨准则”的 最価0余强J 度水平为主。
四、
搅拌摩擦焊技术自发明以来，因其独特的优势得到了广
泛地应用。针对搅拌摩擦焊的结构，如果在静强度分析、疲 劳强度分析和损伤容限分析方面得到了充分的验证，有可能
发展成为航空金属材料主导的先进制造技术。
作者简介：林祥烽，硕士，上海飞机设计研究院，工程师；葛建彪，硕士，上海飞机设计研究院，高级工程师；薄晓莉，硕士,
上海飞机设计研究院，高级工程师。
参考文献：
[1] 卞功文.铝合金平板搅拌摩擦焊应变与疲劳预测研究[D1.重庆；重庆交通大学，2018[2] Friction stirwelding,international patentAppl[Si . No. PCT/GB92/02203-1991.⑶吴辉，孙敏，杨燕.线性摩擦焊技术研究进展[J].焊接技术，2014⑺：1-4
[4] 任淑荣，马宗义，陈礼清.搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望口].材料导报，2007,21(1):86-92.[5] 刘建丽，王严，耿培皓，等.线性摩擦焊接技术及其在航空航天领域中的应用[J].焊接，2016(10):11-17[6] 董春林，楽国红，关桥.搅拌摩擦焊在航空航天工业的应用发展现状与前景[J].焊接，
2008(11):25-31.
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