第四代隐形战斗机“鹘鹰”成功试飞之际，国产大型客机第三代铝锂合金机身壁板搅拌摩擦焊接基础研究取得了重大进展。由中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所、中国商飞上海飞机制造有限公司共同承制，北京赛福斯特技术有限公司负责的28件焊接、铆接大尺寸壁板级实验件在陕西西安中国飞机强度研究所顺利完成力学性能测试。该实验是针对新机型、新结构、新材料、新工艺进行的典型件及性能测试，实验以一系列详实的数据展示了搅拌摩擦焊技术在连接效率和承载能力方面相对传统铆接所具有的优势，该实验属国际首次。
实验件选取国产大型客机机身壁板2XXX铝锂合金蒙皮、2XXX铝锂合金长桁的真实材料、等比例带格框真实结构，采用搅拌摩擦焊技术及传统铆接工艺制造，进行了壁板及实验件的静力拉伸（焊、铆各3件）、拉伸疲劳（各5件）、剪切（各3件）、压损（各3件）承载能力测试，实验件尺寸分别达到300mm×800mm、300mm×800mm、950mm×950mm、1000mm×600mm，每件实验件所使用的应变片数量分别达到12片、12片、60片、60片，详细记录了加载过程中实验件各考核点的受力及变形情况，图1展示了加载中的实验件。
图1 壁板及实验件力学性能测试过程 从左至右：静力拉伸、拉伸疲劳、剪切、压损
静力拉伸实验结果显示，搅拌摩擦焊接件在焊缝前进侧附近断裂，铆接件在钉孔处断裂，焊接件平均承载能力比铆接件高出23MPa；拉伸疲劳实验结果显示，焊接件大部分断裂于母材，铆接件均在钉孔处断裂，同等应力水平下焊接件拉伸疲劳平均寿命比铆接件高出约35000次；剪切实验结果显示，焊接件最大剪切力比铆接件高出约40KN，铆接件的破坏形式表现为蒙皮皱曲、铆钉拉断、桁条与蒙皮在波谷处分离、桁条扭转弯曲等，焊接件的破坏形式表现为蒙皮皱曲，格框铆钉拉断/拉脱，桁条弯曲变形。由此可见，此类结构件的强度薄弱点主要为铆钉本身；压损实验结果显示，焊接及铆接件均表现出整体屈曲的特点，结构件的受力薄弱点位于长桁腹板根部及部分铆钉位置，两种类型的实验件的承载能力相当，约为360KN。综合上述实验结果可以看出，相比传统铆接工艺，搅拌摩擦焊技术从静力拉伸、疲劳、剪切性能方面体现出稳定而明显的优势。此外，在后续工作中，项目组还将通过数值模拟、局部解剖分析等手段进一步探究该类型结构件的受力及破坏规律，从而获得体系性的研究成果。
作为一项先进的焊接技术，搅拌摩擦焊的优势还体现在连接过程的快速、高效。经过焊接参数优化，对于机身结构件焊接速度可达到300~500mm/min，同时，通过进一步对焊接设备和工装卡具的专业化优化设计，实际焊接生产效率将比铆接高出数倍甚至数十倍，这无疑将实现结构性能、生产效率、工业效益的完美结合，显著提升国产大型客机的品质和竞争力，也必将惠及其他各类型号飞行器。（转自 搅拌摩擦焊中心网 时间:2013-03-21 11:09 来源:搅拌摩擦焊中心 作者:赛福斯特公司 ）
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