国防焊接技术研究应用现状与发展

焊

接是应用最广泛、最重要的材料永久连接方法。它涉及能源、冶金、

材料、电子、力学等学科，应用范

围覆盖钢铁材料及铝、镁、铜、钛等有色金属和金属基复合材料，焊接工艺方法从传统的电弧焊发展到先进的激光束流焊及搅拌摩擦焊等精密和清洁焊接方法，生产方式由手工操作发展到机器人自动化焊接生产，工艺管理模式由落后的工艺卡方式上升到工艺数据库和专家系统管理，是现代武器装备制造工程中不可或缺的关键技术。

1 “十五”以来，我国国防焊接技术取得长足进步

围绕武器装备发展和载人航天等重大科技专项的需求，针对大型厚壁／薄壁构件、薄壁复杂构件焊接制造的瓶颈问题，在国防基础科研、总装预研等计划的支持下，先进焊接工艺、质量检测与控制、自动化系统集成等多项关键技术获得突破，形成了一系列应用于型号研制和生产的工艺与装备成果。主要体现在以下几个方面：

1.1 搅拌摩擦焊工艺与装备技术研究与应用发展迅速

搅拌摩擦焊技术是近年来国际上发展较快的技术之一，是一种低温连接方法，具备对被焊材料损伤小、焊接变形低、焊缝强度高和绿色制造特点，被誉为“当代最具革命性的焊接技术”。国外开始将该技术应用于航空航天的产品制造中，最具代表性的是欧盟的阿里亚娜火箭、美国的德尔塔和宇宙神火箭等。国内以

国防焊接技术

研究应用现状与发展

国防科技工业焊接自动化技术研究应用中心 陈彦宾

北京航空制造工程研究所为主，重点开展系列

铝合金焊接工艺、组织控制、断裂机制等基础工艺研究工作，为加快工艺成熟和推广奠定了扎实的基础，装备国产化的步伐迅速，研制出

数十套用于研究和生产的装备。

航天科技集团一院首都航天机械公司首次在用于运载火箭燃料贮箱纵缝中采用了搅拌摩擦焊技术，标志着搅拌摩擦焊技术在我国的运载火箭燃料贮箱制造上进入了工程应用阶段，大大地提升了我国运载火箭关键结构的制造技

术水平和能力。搅拌摩擦焊技术在航天、电子及船舶行业有了新进展，已经研制成功厚壁铝合金和船舶铝合金壁板的专用焊接设备，初步形成了面向华东地区，服务于航天、电子、船舶等行业的研究推广平台。

1.2 激光焊接技术军工应用实现突破

激光焊接具有可焊各种金属材料、焊接速度快（是传统弧焊的几倍，甚至是几十倍）、焊缝深宽比大（最大达12:1）、焊接变形小、

1962

SpECial REpORT

易于实现柔性自动化等特点，被公认为是二十一世纪最有发展潜力的高能束流焊接技术之一。

“十五”以来，哈工大联合航天二院、一院、九院、四院等单位在轻量化钛合金结构激光焊接集成技术方面取得突破性进展，研制出了五轴四联动CO 2激光成套焊接装备和8自由度机器人激光焊接装备，实现了技术成果在多个型号的研制和批生产中应用。替代传统的氩弧塞焊及高温真空钎，可使构件减重30％以上，效率提高3~5倍。面向航天器中钛合金、不锈钢轻量化构件精密制造的激光焊接平台技术已经初步构建。

电子束焊接仍然是航空、航天发动机制造的主要技术之一，高端电子束焊接设备以国外进口为主，国内在关键部件引进的基础上，设备集成技术有了一定的进展。大厚度TC4-DT 材料电子束焊接技术显著进展，与现行的潜弧焊工艺相比提高效率50％以上。

1.3 舰艇高效焊接技术成效显著，建造水平得到明显提升

高效焊接技术是提高舰艇建造质量和缩短建造周期的关键技术，焊

接加工占总建造工作量的45%以上。迄今，我国舰船使用手工电弧焊、埋弧自动焊及气体保护焊的历史已沿用近五十年，其焊接工艺技术的发展一直比较缓慢。

上海船舶工艺研究所成功研制出具有自主知识产权的双丝单面焊双面成型的MAG 焊接装备，实现了

22mm 厚钢板的一次焊透，与传统的多道焊相比：焊接速度提高7倍以上，焊丝消耗量减少35%以上，研制的设备已在江南、沪东等大型船厂投入使用，整体技术水平达到国外同类产品的先进水平，填补国内空白。

渤海船舶重工有限责任公司、洛阳船舶材料研究所、哈工大联合自主开发的厚壁高强钢双面双弧TIG/

MIG 焊接工艺与装备技术取得了突破性进展，实现了厚壁高强钢的不清根焊接，减少中间工序6道、提高焊接效率3-5倍。为我国船舶制造实现高效、优质建造的跨越式发展提供了支撑平台技术。

针对传统实芯焊丝存在的工艺性差、焊接飞溅大、立焊质量不稳定的问题和国外广泛采用药芯焊丝的情况，国内自主研制出适应于船舶用钢

焊接的药芯焊丝，实现了平焊、立焊、横焊、仰焊等全位置的高质量焊接，目前已应用于舰船的建造中。

1.4 国防专用机器人焊接装备逐步实现自主

依托以哈工大为主的焊接自动化技术研究应用中心大力开发机器人焊接系统集成技术，自主研制出用于运载火箭发动机零部件的机器人焊接工

艺与装备，突破了耐热合金薄壁管

TIG 焊工艺、大曲率焊缝跟踪、大型机器人装备等关键技术，三套装备已应用在运载发动机产品的生产中，结束了运载火箭发动机零部件的手工焊接的历史，该系统替代进口，每台节约外汇近50万美元。

我国自主研制的多个型号铝合金发射箱机器人焊接工艺与装备，突破了薄壁铝合金预拉伸工艺、机器人多轴（最多18个轴）协调控制、光纤信号传输等关键技术，在北京新风机械厂形成了薄壁铝合金箱体及筒体结构的自动化焊接技术示范平台，使我国航天飞行器发射装备整体水平跨入国际先进行列。

面向船舶管系自动化生产的机器

用于航天器用轻量化构件精密焊接的激光装备

人焊接技术得到大力推广，自主研制的5条生产线先后在江南船舶管业制造公司、江苏新时代造船公司投入实际生产，焊接生产法兰直管两万多根。

近年来，兵器行业大力推广装甲机器人焊接技术、高效低耗气体保护焊技术、双丝焊接技术，使兵器制造能力大幅度提高。目前，已建成了数字化弧焊机器人系统几十套，坦克焊接技术初步实现了机器人自动化。

2 国内外国防焊接技术的发展趋势

2.1 国外的发展现状与趋势

美、欧等发达国家在军工制造领域都开展有国家计划，推动先进焊接技术的研究和应用推广。美国NASA 和波音公司、欧洲航天局（ESA ）在航天飞机和运载火箭的制造中大力推进搅拌摩擦焊、高功率激光焊、变极性等离子弧焊、电子束焊等“高能精密焊接”技术。如：美国NASA 在Delta

IV 火箭燃料箱的纵缝焊接中采用了FSW 技术Al-Li 合金，接头强度提高约30%，燃料箱的重量减轻约10%，焊接时间由过去的9h 减少到3.5h 。

随着新型激光器研制和商品化进程的快速发展，激光焊接技术的应用逐渐从汽车工业向航空、航天、能源和交通工业领域扩展。如：空客公司的A3XX 系列飞机的机身蒙皮与内撑梁均采用激光焊接技术连接，替代传统铆接工艺，加工速度比传统铆接提

高10倍，仅材料与工艺改进实现减重15％。激光焊接金属夹层板在导弹舱体、大型飞机壁板、轻型舰船轻量化结构件制造中开始大量应用，与传统实芯结构件相比，可使重量减轻

50％以上，所需空间减少2/3。

国际著名企业如罗·罗、通用电气等公司在先进焊接技术和自动化装备研发方面始终处于世界领先地位，焊接技术的智能化、数字化、信息化是长期的发展目标，航空航天工业以焊接机器人为主体的柔性生产线应用率超过70％以上。日本造船业、重型机械制造业，建成了数百条自动化焊接生产线和自动化焊接工段，能够实现大型构件及重型机械的自动装配和自动焊接。

总体上，国际焊接技术的发展呈现以下特征：焊接工艺向精密化、高

效化方向发展；焊接装备向智能化、信息化方向发展；焊接装配向数字化、柔性化方向发展；焊接生产向节能、环保、绿色方向发展。

2.2 国防焊接技术的发展趋势

进入21世纪，国防焊接技术有了长足的进步，形成了面向航空、航天、舰船等国防工业的焊接工艺与装备的平台技术，为国防工业的快速发展提供了保障。未来，围绕国防装备新的发展需求，国防焊接技术的发展将呈现以下特征：

船舶工业中高效焊接工艺与配套焊接材料

适应未来国防装备要求的新材料和新结构的高能密度焊、低温及固相焊、高熔覆率弧焊及复合焊接等新技术将优先得到发展。如：高功率激光及其复合热源焊接与柔性装备技术在航天、航空及舰船领域将大显身手，应用广度和深度将呈阶越式发展。搅拌摩擦焊技术将在飞机的铝合金结构应用方面得到突破。有望形成面向航

天、航空领域大型薄壁结构低温连接、高品质熔焊的新一代平台技术。

为提升产品质量、提高生产效率、缩短周期时间、降低成本，焊接自动化技术在国防领域的应用率将得到明显提升，焊接自动化与工艺装备一体化将推动数字化、信息化、智能化等技术的快速应用。如：针对舰船等工程需求，着力开展适用于厚壁高强钢及铝合金的双面双弧、双丝及多丝等

高效焊接工艺研究，加快特殊焊材的国产化配套，研制大型构件混线生产的柔性自动化焊接生产线，显著提高焊接效率和降低制造成本。

为保护环境、促进可持续发展，落后的焊接技术将被淘汰，焊接生产向节能、减排、绿色制造方向发展。借鉴国外的成功经验，结合舰船领域的模块化、绿色建造发展需求，大力开发与推广搅拌摩擦焊、大功率激光电弧复合焊接技术。此外，极端环境下的焊接技术也具有极大的发展空间。