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先进焊接技术在航空制造中的应用

2019-05-10 00:00380

韩接技术具有可以明显减轻结构重量、降低制造成本、提高结构性能等特点,同时焊接技术自身也在技术领域的范畴内不断地创新与发展,开发出的新型工艺技术为先进航空结构设计和制造提供了技术支撑。随着航空武器装备及其动力装置对轻质化、长寿命、低成本、高可靠制造的需求,先进焊接技术将起到越来越重要的作用。

随着航空武器装备性能要求的不断提高,越来越多地采用了新材料、新结构。这些新材料和新结构的出现提升了产品的性能,但同时对包括焊接技术在内的航空制造技术提出了更高的要求。近年来,活性焊剂焊接技术、新型钎焊和扩散焊技术、搅拌摩擦焊技术、线性摩擦焊技术、高能束流焊接技术以及焊接应力变形控制技术等先进的焊接技术在航空制造领域取得了一系列的发展和应用,北京航空制造工程研究所在这些技术的研究方面开展了卓有成效的工作。

活性焊剂焊接技术

活性焊剂焊接技术是近年来国内外研究比较多的一种新技术,该技术目前主要应用于TIG焊接工艺过程,即A-TIG焊。A-TIG焊接过程中最明显的特点是电弧收缩、熔深增加。与常规TIG焊相比,A-TIG焊主要的工艺优势还包括:降低焊接热输入量,改善焊缝成形效果,提高焊接效率。

近年来,北京航空制造工程研究所、哈尔滨工业大学和甘肃工业大学等科研机构和院校在低碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金和镁合金等材料的活性焊剂配方研制、焊接机理和工程化应用研究等方面开展了卓有成效的工作。低碳钢和不锈钢活性焊剂产品已经在高压锅炉管路、石油管道等产品上获得应用。由北京航空制造工程研究所开发的不锈钢活性焊剂已在高速列车轨道焊接上实现大批量应用,而由其研制开发的钛合金活性焊剂系列成熟产品可以一次性焊接最大厚度达6mm的钛合金板材,可代替常规TIG焊中开坡口多道焊的工艺,使工作效率大大提高。采用该系列焊剂焊接相同规格的钛合金薄板时,焊接热输入量可以减少60%以上,而且焊接气孔发生率显著降低,这对于提高钛合金焊缝质量、降低焊接应力和变形具有积极效果。目前该系列产品已经用于复杂航空结构件研制和生产中,如波纹梁、腹鳍等,此外在航天储箱、高压钛球等钛合金产品中也获得了应用,目前正在推广应用于其他钛合金焊接产品研制和生产中。

由于活性焊剂焊接技术具有改善焊缝成形效果的优点,国内外科技工作者正在尝试将该技术应用于等离子焊、激光焊和电子束焊接工艺中,以解决这些焊接方法焊缝成形差的问题,并取得了一定效果[1-5]。在耐热高温合金、铝合金和镁合金等新材料的活性焊剂配方研制、活性焊剂药芯焊丝研制以及焊接机理的研究方面获得了初步的成果[6-10] ,但要实现工程应用仍需要开展更深入的研究工作。

新型钎焊与过渡液相扩散焊(TLP)技术

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