搅拌摩擦焊是利用高速旋转的搅拌头与工件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。
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%。
如今,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,长征九号用于载人登月,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,火箭直径越大制造难度就越大,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,这台十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。
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,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。