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技術資料

激光焊接技術應用幫助延長飛機使用壽命

2014-10-05 返回列表

我國目前對現役和在研的飛機提出了延長其使用壽命的迫切需求。飛機結構的使用壽命不僅與細節設計、機體材料和飛行載荷相關聯,更與其零件制造質量及其所采用的技術密不可分。這些技術包括連接技術、裝配技術和強化技術等。

  機體結構通過各種形式的連接而成為一傳力承載的整體,而“力”在數以萬計的分布于結構單元上的連接點(緊固件、釘孔、焊點、焊縫、膠接點等)間的傳遞過程中,持續對結構機體所進行的重復作用致使其產生疲勞損傷,繼而影響飛機結構的使用壽命。同樣,各連接點的制造與裝配質量也通過對“力”的傳遞所產生的影響而影響結構的使用壽命,通過各種技術途徑改善各連接點的技術狀態(表面質量、配合性質、結構形式等)就能全面提高機體結構的使用壽命。據統計,75%~80%的疲勞損傷與破壞都發生在機體結構的連接部位,足見連接對飛機結構疲勞壽命的重要性。
  連接結構壽命是機體結構壽命的主要決定因素之一,保證結構連接可靠,在飛機預定使用期內不發生功能下降或失效的故障,是長壽命連接技術應用研究的主要目的。國外現役的先進飛機機體普遍應用的這類技術有干涉連接技術、電磁鉚接技術、多種強化技術、多種焊接技術。所有這些技術在結構不同部位的合理使用保證了其具有較長的使用壽命。
  激光焊接技術
  激光焊接是用大功率密度的激光束對材料表面進行照射,通過材料表面吸收光能并且轉化為熱能使焊接部位溫度升高熔化成為液態,在隨后的冷卻凝固過程中實現兩種材料的連接。它是一種高速、高效、高精度的高能束流焊接方法,焊接接頭質量可與電子束焊媲美,卻無需真空環境,不產生X射線,尤其適合于新型耐高溫航空結構材料的焊接組合。
  國內2006年對2.5毫米厚1420鋁鋰合金板材進行了YAG激光焊接,對YAG激光焊接工藝參數與焊縫成形及焊接接頭的拉伸性能進行了試驗研究。
  雙光束激光焊接意味著在焊接過程中同時使用兩束激光,光束排布方式
  影響激光焊接的主要工藝參數有:激光類型和功率、光斑直徑、焊接速度、激光入射情況、焊絲形狀和尺寸、保護氣體特性等。目前,國內激光焊接鈦合金薄板的成熟度級別有了較大提高,雙光束激光焊接鈦合金薄板結構的成熟度級別也有了較大的提高。
  活性焊劑氬弧焊技術
  活性焊劑氬弧焊技術是采用在被焊接部位涂敷活性物質的方法,壓縮焊接電弧,改善熔池的流動,以減小熱影響區,提高焊縫質量。
  我國活性焊劑氬弧焊接技術在“十五”、“十一五”期間,完成了許多工程應用研究工作,取得了顯著的技術進步。鈦合金波紋腹板梁結構的應用研究具有鮮明的代表性,對于焊縫魚鱗紋、機械打磨、手工打磨等影響焊縫接頭的中值疲勞壽命等工程細節問題均進行了深入的試驗研究。
  連接焊縫表面超聲沖擊強化技術
  表面超聲沖擊強化是利用超聲沖擊波的能量,打擊金屬零件表面,使零件表面產生壓應力層,改善零件的表面狀態。我國超聲沖擊強化技術目前處于應用研究階段,“十一五”期間利用該技術對鈦合金焊縫進行了強化處理與試驗研究分析,焊后超聲沖擊處理(UIT)可以有效地改變焊縫表面的應力分布情況,將拉應力轉變為壓應力,均值達可以到-XXXMPa以上。在此基礎上,設計了輔助工裝對激光焊接和活性焊劑氬弧焊接波紋腹板梁結構焊縫進行了強化,取得了一定效果和工程應用經驗。
  表面超聲沖擊強化是利用超聲沖擊波的能量,打擊金屬零件表面,使零件表面產生壓應力層,改善零件的表面狀態。我國超聲沖擊強化技術目前處于應用研究階段,“十一五”期間利用該技術對鈦合金焊縫進行了強化處理與試驗研究分析,焊后超聲沖擊處理(UIT)可以有效地改變焊縫表面的應力分布情況,將拉應力轉變為壓應力,均值達可以到-XXXMPa以上。在此基礎上,設計了輔助工裝對激光焊接和活性焊劑氬弧焊接波紋腹板梁結構焊縫進行了強化,取得了一定效果和工程應用經驗。
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