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激光焊接技术应用帮助延长飞机使用寿命

2014-10-05 返回列表

我国目前对现役和在研的飞机提出了延长其使用寿命的迫切需求。飞机结构的使用寿命不仅与细节设计、机体材料和飞行载荷相关联,更与其零件制造质量及其所采用的技术密不可分。这些技术包括连接技术、装配技术和强化技术等。

  机体结构通过各种形式的连接而成为一传力承载的整体,而“力”在数以万计的分布于结构单元上的连接点(紧固件、钉孔、焊点、焊缝、胶接点等)间的传递过程中,持续对结构机体所进行的重复作用致使其产生疲劳损伤,继而影响飞机结构的使用寿命。同样,各连接点的制造与装配质量也通过对“力”的传递所产生的影响而影响结构的使用寿命,通过各种技术途径改善各连接点的技术状态(表面质量、配合性质、结构形式等)就能全面提高机体结构的使用寿命。据统计,75%~80%的疲劳损伤与破坏都发生在机体结构的连接部位,足见连接对飞机结构疲劳寿命的重要性。
  连接结构寿命是机体结构寿命的主要决定因素之一,保证结构连接可靠,在飞机预定使用期内不发生功能下降或失效的故障,1353彩是长寿命连接技术应用研究的主要目的。国外现役的先进飞机机体普遍应用的这类技术有干涉连接技术、电磁铆接技术、多种强化技术、多种焊接技术。所有这些技术在结构不同部位的合理使用保证了其具有较长的使用寿命。
  激光焊接技术
  激光焊接是用大功率密度的激光束对材料表面进行照射,通过材料表面吸收光能并且转化为热能使焊接部位温度升高熔化成为液态,在随后的冷却凝固过程中实现两种材料的连接。它是一种高速、高效、高精度的高能束流焊接方法,焊接接头质量可与电子束焊媲美,却无需真空环境,不产生X射线,尤其适合于新型耐高温航空结构材料的焊接组合。
  国内2006年对2.5毫米厚1420铝锂合金板材进行了YAG激光焊接,对YAG激光焊接工艺参数与焊缝成形及焊接接头的拉伸性能进行了试验研究。
  双光束激光焊接意味着在焊接过程中同时使用两束激光,光束排布方式
  影响激光焊接的主要工艺参数有:激光类型和功率、光斑直径、焊接速度、激光入射情况、焊丝形状和尺寸、保护气体特性等。目前,国内激光焊接钛合金薄板的成熟度级别有了较大提高,双光束激光焊接钛合金薄板结构的成熟度级别也有了较大的提高。
  活性焊剂氩弧焊技术
  活性焊剂氩弧焊技术是采用在被焊接部位涂敷活性物质的方法,压缩焊接电弧,改善熔池的流动,以减小热影响区,提高焊缝质量。
  我国活性焊剂氩弧焊接技术在“十五”、“十一五”期间,完成了许多工程应用研究工作,取得了显着的技术进步。钛合金波纹腹板梁结构的应用研究具有鲜明的代表性,对于焊缝鱼鳞纹、机械打磨、手工打磨等影响焊缝接头的中值疲劳寿命等工程细节问题均进行了深入的试验研究。
  连接焊缝表面超声冲击强化技术
  表面超声冲击强化是利用超声冲击波的能量,打击金属零件表面,使零件表面产生压应力层,改善零件的表面状态。我国超声冲击强化技术目前处于应用研究阶段,“十一五”期间利用该技术对钛合金焊缝进行了强化处理与试验研究分析,焊后超声冲击处理(UIT)可以有效地改变焊缝表面的应力分布情况,将拉应力转变为压应力,均值达可以到-XXXMPa以上。在此基础上,设计了辅助工装对激光焊接和活性焊剂氩弧焊接波纹腹板梁结构焊缝进行了强化,取得了一定效果和工程应用经验。
  表面超声冲击强化是利用超声冲击波的能量,打击金属零件表面,使零件表面产生压应力层,改善零件的表面状态。我国超声冲击强化技术目前处于应用研究阶段,“十一五”期间利用该技术对钛合金焊缝进行了强化处理与试验研究分析,焊后超声冲击处理(UIT)可以有效地改变焊缝表面的应力分布情况,将拉应力转变为压应力,均值达可以到-XXXMPa以上。在此基础上,设计了辅助工装对激光焊接和活性焊剂氩弧焊接波纹腹板梁结构焊缝进行了强化,取得了一定效果和工程应用经验。