搅拌摩擦焊是利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生热量,使工件融合在一起,完成焊接。搅拌摩擦焊技术具有焊接接头强度高、缺陷少、质量高、变形小、焊接过程无污染等优点,能够降低成本、节省材料、优化结构、减轻结构重量,在航天领域可以发挥关键作用。
1991年,英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊。1999年,波音开始利用搅拌摩擦焊制造德尔塔火箭。
2001年,中国航天一院211厂对搅拌摩擦焊进行初步研究,发现搅拌摩擦焊是一种革命性的焊接工艺,于是开始研制搅拌摩擦焊设备。当时,三名年轻的研究生负责研制搅拌头。由于没有搅拌头相关的资料,他们只能边摸索边实践。在近两年的时间里,他们尝试了多种材料,制造出几十个搅拌头,先后焊接了四五百个试片,经历无数次失败后,最终,成功研制出搅拌头。
2009年,211厂率先在国内航天领域应用搅拌摩擦焊,成功将搅拌摩擦焊技术应用在长征三号丙火箭上。

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2014年,211厂自主研制出5米级纵缝搅拌摩擦焊设备,在长征五号等型号火箭的贮箱筒上应用搅拌摩擦焊,使焊缝性能提高了10%至20%。

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现在,211厂与武重集团合作,研制出十米级火箭燃料贮箱箱底搅拌摩擦焊接机床,该机床采用移动式龙门结构,集铣削和搅拌摩擦焊于一体,能够在焊接前,将原料毛边铣掉再进行焊接,采用铣头和焊枪在同一工位上的焊接系统,实现铣削和焊接轨迹一致,装卡状态不变,提高了效率。这台机床价值1.1亿元,将用于制造长征九号火箭贮箱箱底。

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长征九号是用于载人登月、火星探测和未来深空探测的大直径重型运载火箭,其箭体直径达到10米级。火箭直径越大,贮箱箱底焊缝就越长,制造难度就越大。贮箱作为火箭的主要结构,其焊缝质量直接影响火箭的可靠性。
这台10米级搅拌摩擦焊接机床可以实现高度自动化,能够进行实时监控,实时修正主轴位置,对加工过程中产生的误差进行补偿;实时调整下压力,确保焊缝的一致性;实时调控焊接参数,保证焊接的质量。这台智能化的机床不仅可以提升火箭燃料贮箱箱底的质量,还能够一次性完成焊接,大大提高了箱底的生产效率。

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此前,武重集团已经为长征五号、长征六号、长征七号等火箭燃料贮箱和火箭筒体制造了多台搅拌摩擦焊接设备,加工规格从2.25米到5米,满足中国所有型号运载火箭制造的需求。

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结语
搅拌摩擦焊接设备是运载火箭贮箱制造的核心装备,目前,俄罗斯的此类设备最大加工直径为八米,美国的设备最大加工直径为十米,十米级的搅拌摩擦焊接机床不仅填补了国内的空白,满足了中国重型运载火箭制造的需求,还使得中国搅拌摩擦焊接设备研制实力,跻身世界前列。工欲善其事,必先利其器,中国航天领域的关键设备不断取得突破,中国航天实力也在不断提升!