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大型客机机身壁激光焊接工艺分析

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-01-27 0:08:20 * 浏览: 0
使用焊接一体式机身壁板代替传统的铆接式机身壁板可以大大减轻部件的重量,降低制造成本,并提高生产效率,从而成为大型民用飞机制造技术的发展趋势之一。双激光束焊接对皮肤桁架结构具有更明显的减重效果,并且对于复杂部件具有良好的空间可及性,因此受到了广泛的关注。目前,诸如空中客车公司(Airbus)之类的航空制造公司已在各种型号上采用了激光焊接一体式机身墙板制造技术。然而,基于焊接的一体式机身墙板的制造技术是当代民用飞机制造技术中的困难之一。目前,在我国大型客机的设计方案中,机身壁面的新型铝合金焊接技术具有其自身的工艺特点。铝合金的激光焊接性概述自1960年创建激光焊接机以来,激光焊接技术得到了迅速发展。 1965年开发出用于厚膜组件焊接的红宝石激光焊接机。 1974年,福特汽车公司制造了世界上第一台mdash,mdash龙门式激光焊接机。后来,福特汽车公司开发了一条激光焊接生产线。如今,可用于焊接的激光发生器已经从CO2气体激光器发展为YAG固态激光器和光纤激光器。激光焊接的优点是能量集中,形成了具有大纵横比和较小焊接变形的焊接接头。随着激光束质量的不断提高,激光焊接已成为一种成熟的焊接方法,已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域。铝合金具有低密度,良好的耐腐蚀性,高抗疲劳性,高比强度和比刚度,并且是用于飞机结构的理想材料。近年来,尽管钛合金和复合材料等新材料在航空航天领域受到广泛关注,但由于铝资源丰富,性能优良,易加工,成本低等一系列优点,加上新的发展趋势,在传统铝合金的热处理,新铝合金(例如铝锂合金)的发展和出现方面,可以预见的是,铝合金在飞机结构中的应用在相当长的一段时间内仍具有不可替代的优势。未来。因此,铝合金焊接技术已成为重要的技术关键。采用激光焊接技术连接铝合金航空零件具有焊接宽宽比大,焊接热影响区小,焊接变形小,焊接速度快等优点。但是,铝合金的激光焊接存在一些技术难题。 (1)铝合金对激光束的初始表面反射率非常高(CO2激光大于90%,YAG激光大于80%),在形成熔池之前需要较大的激光功率,(2 )由于冶金和工艺等多种因素的影响,铝合金的激光焊接过程中更容易出现气孔;(3)铝合金是典型的低共熔合金,在激光焊接的快速焊接条件下,更容易发生热裂纹,焊缝的适应性小,焊件的装配精度高。 (5)铝合金的线膨胀系数大,容易发生焊接变形。 (6)铝合金的导热系数大,冷却时间短,冶金反应熔融。不足,易造成缺陷;(7)液态铝合金流动性好,表面张力低,熔池稳定性差。尽管存在上述困难,但是激光焊接技术仍然是在航空航天领域中焊接铝合金的最有效方法之一。经过不断的测试和研究,激光焊接逐渐显示出良好的工艺性能和焊接后的机械性能。与传统的TIG和MIG焊接相比,激光焊接具有焊接质量高,精度高的特点。且速度快,这是目前发展最快,研究最多的方法之一。近年来,许多国际研究人员对铝合金激光焊接进行了很多研究,并逐渐形成了更加可靠的铝合金激光焊接技术大型客机机身壁板的激光激光焊接方案在大型客机的设计方案中在中国的飞机中,激光焊接工艺最初是在前机身以及中,后机身下部壁板的制造过程中考虑的。前机身焊接壁的位置如图1所示。以该壁板为例,单个壁板的尺寸为4276mm×1350mm,壁板的厚度为1.8mm,最多有9个纵梁如图1所示,在一个单一的壁板上。 2.因此,这是典型的复杂焊接工艺,具有大尺寸,小厚度和多次焊接的特点。在上述机身蒙皮焊接方案中,主要采用双面双激光束和同步焊接工艺。在飞机蒙皮纵梁的T型连接结构两侧同时焊接两个激光束是一个全新的焊接过程。 T型结构的双激光束双面同时焊接工艺避免了传统的T型结构的单面焊接和双面成型工艺破坏底板(蒙皮)的完整性。同时,该工艺可以大大改善传统的铆接工艺,减轻零件重量,因此在航空工业中受到青睐。但是,由于壁板和纵梁的厚度仅为1.8mm,并且单个壁板在长度和宽度方向上的尺寸较大,因此有必要在此组件中形成许多高强度有效焊缝,同时还要控制焊接缺陷,抑制焊接变形和应力集中,焊接部件必须满足设计单位提出的静态强度,疲劳强度和损伤耐受性指标,这一过程显然是困难的。更重要的是,民航制造行业的质量评估体系比航空航天和军用航空制造领域更为严格,必须通过适航当局批准新流程。