鋁合金機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)雙側(cè)激光焊接特征及熔池行為研究.pdf

1、大型客機(jī)機(jī)身鋁合金壁板結(jié)構(gòu)由蒙皮與桁條組成,其輕量化加工制造是飛機(jī)制造領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn),空客公司以激光焊接技術(shù)代替原有鉚接工藝,實(shí)現(xiàn)了減輕機(jī)身重量和降低成本的目標(biāo)。現(xiàn)階段,我國(guó)也在發(fā)展自己的大型客機(jī),關(guān)于機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)的輕量化制造經(jīng)過技術(shù)論證同樣擬采用激光焊接技術(shù)。然而,該革新技術(shù)國(guó)際上僅有空客公司掌握并應(yīng)用,國(guó)內(nèi)尚屬空白,亟需開展相關(guān)研究工作以突破并掌握機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)雙側(cè)激光焊接技術(shù),為實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)、高效、低成本加工制

2、造奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),以縮短與空客公司在機(jī)身制造技術(shù)上的差距。
　　針對(duì)這一特定需求,本文從最基礎(chǔ)的工藝問題著手開展了鋁合金機(jī)身壁板結(jié)構(gòu)雙側(cè)激光焊接特征研究,充分理解焊縫成形質(zhì)量、氣孔缺陷及力學(xué)性能的控制工藝要點(diǎn);研究了高速焊接條件下T型接頭焊接過程的焊絲熔入特征;建立了雙側(cè)傾斜熱源作用下的三維熱-流耦合數(shù)學(xué)模型,借助數(shù)值模擬的手段從熔池流動(dòng)行為角度深入理解雙側(cè)激光焊接的物理過程,獲得了成形質(zhì)量及氣孔缺陷有效控制的理論依據(jù)。

3、>　　通過雙側(cè)激光焊接基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),焊縫對(duì)稱性、熔深及焊縫角度是體現(xiàn)T型接頭成形質(zhì)量的三個(gè)重要特征參數(shù),其中光束姿態(tài)是關(guān)鍵影響工藝參數(shù)。光束間距決定了焊縫成形的對(duì)稱性及微觀組織的均勻性,減小入射角度可有效提高蒙皮與桁條的熔合能力并顯著降低對(duì)蒙皮背部的熱影響,光束入射位置偏移桁條有助于獲得平滑過渡的焊縫角度。焊縫無損探傷結(jié)果表明,提高焊接速度與嚴(yán)格控制光束間距是抑制氣孔缺陷的兩個(gè)最重要的措施。
　　T型接頭雙側(cè)激光同步焊接的

4、特點(diǎn)導(dǎo)致雙側(cè)熱源相互交匯耦合,蒙皮側(cè)熱影響區(qū)明顯寬于桁條側(cè)是整個(gè)接頭的最薄弱環(huán)節(jié)。結(jié)合機(jī)身壁板實(shí)際受力環(huán)境,對(duì)接頭進(jìn)行橫向、軸向、縱向拉伸性能及橫向拉壓疲勞進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明接頭軸向、橫向拉伸性能與焊縫熔深密切相關(guān),熔深控制在蒙皮厚度一半左右時(shí)抗拉強(qiáng)度達(dá)最大值,其橫向、軸向、縱向抗拉強(qiáng)度分別達(dá)母材的87.8％、53.1%、90.8%,達(dá)到或者超過了空客公司的水準(zhǔn);接頭的條件疲勞強(qiáng)度約為80.7MPa,為其靜載強(qiáng)度的30%左右。

5、>　　針對(duì)長(zhǎng)焊縫、多桁條、高速焊接容易出現(xiàn)焊接過程不穩(wěn)定的問題,借助高速攝像手段分析了焊絲熔入特征的主要影響因素,結(jié)果表明:焊絲與激光束的相對(duì)位置關(guān)系是影響焊絲穩(wěn)定熔入的關(guān)鍵,當(dāng)光-絲部分重疊時(shí),液態(tài)焊絲經(jīng)焊絲端部與匙孔前沿間的“液橋”穩(wěn)定、持續(xù)的流入熔池,焊接過程最穩(wěn)定且成形美觀,該過渡模式需具有兩個(gè)必要條件:焊絲與工件接觸,接觸位置位于匙孔前沿。
　　建立了三維準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)T型接頭雙側(cè)激光焊接過程熱-流耦合數(shù)學(xué)模型,計(jì)算結(jié)果表明雙側(cè)

6、熱源交匯位置能量耦合效果顯著,導(dǎo)致熔池最大長(zhǎng)度位于熱源交匯位置附近,匙孔上方出現(xiàn)明顯對(duì)流,匙孔底部存在明顯的漩渦流動(dòng),熔池尾部液態(tài)金屬先流向熔池長(zhǎng)度最大位置附近再流向熔池表面。
　　匙孔貫通性消失導(dǎo)致匙孔底部漩渦流動(dòng)更明顯且更復(fù)雜,熔池尾部流向熔池底部的傾向更明顯;匙孔同步性降低致使雙側(cè)熔池不對(duì)稱,前后兩匙孔間出現(xiàn)兩個(gè)新的漩渦流動(dòng);提高焊接速度雙側(cè)熱源能量耦合減弱,匙孔上方對(duì)流現(xiàn)象消失,熔池尾部完全流向熔池表面。匙孔貫通性、同步性