轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制(上)

该文讨论了工程实践中两个方面的问题。一方面,介绍了搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,FSW)的国内外发展现状。该技术在铝合金结构制造中已成为可以替代熔焊技术的实用的工业化固相连接技术。另一方面,还论述了我国拥有自主知识产权的创新性的技术——低应力无变形(LowStressNoDistortion-LSNDWelding)焊接法的机理和工程应用。该方法采用热拉伸效应(全截面热拉伸、局域热拉伸)主动控制铝合金、钛合金飞行器薄壁结构焊接失稳翘曲变形,可达到焊后无变形的目标。     

航宇薄壳结构的低应力无变形焊接新技术

为满足航空、航天薄壳焊接结构在制造过程中对几何型面的严格技术要求，研究开发了低应力无变形焊接新技术。此项技术保证了在焊接过程中对变形积极主动的控制，达到了焊后完全无变形的要求，取消了焊后矫形工序，已成功地应用于航空发动机耐热合金薄壁机匣和运载火箭铝合金燃料贮箱的焊接。用“静态”控制方法及在此基础上发展的“动态”控制新方法均可定量地控制焊缝区的不协调应变量，获得焊后低应力无变形的效果。     

柔性薄壁结构电子束焊接的变形控制

基于电子束焊接方法,探讨了功率分出轴柔性薄壁结构真空电子束焊接过程中的变形控制方法,提出了综合应用最小焊接热输入、减小焊接重叠角度和合理焊接装配及散热相结合的变形控制方法,有效地控制了焊接变形,实现了电子束焊接柔性薄壁结构的制造。     

航空航天焊接结构件应力与变形的预测与控制

焊接是航空航天结构件制造的主要方法之一,焊接结构的应力与变形是构成焊接构件质量的重要因素,是焊接质量控制的重要内容。     

电子束焊接TC4整体叶盘结构的变形控制

基于电子束焊接方法,探讨了TC4钛合金整体叶盘结构电子束焊接过程中的变形控制方法,提出了综合应用焊接工艺优化、刚性固定、真空热处理和电子束局部加热相结合的变形控制方法,有效地控制了焊接变形,实现了电子束焊接整体叶盘结构的制造.     

热拉伸效应控制飞行器板壳结构焊接变形

低应力无变形焊接技术是一种在焊接过程中直接实施热拉伸效应的方法,可以在待焊工件的全截面上由预置温度场建立温度梯度形成温差拉伸效应,或者在焊接热源附近的局域范围内由热沉建立大温度梯度形成温差拉伸效应.     

大型Ti-1023框类零件的机械加工及焊接变形控制

由于钛合金具有比重小、比强度高、热强性高、热稳定性好、抗腐蚀性好等特点,因此,在飞机上的应用日趋广泛。用钛合金替代合金刚制造飞机结构零件,可以显著地减轻飞机质量,提高飞机的推重比,同时还可以提高飞机结构的抗热能力,使飞机进入更高的飞行范围,从而提高结构的可靠性和使用寿命。应用钛合金是提高飞机飞行性能的有效途径。本文针对某机后机身承力框61框下框段采用钛合金材料,（其牌号为Ti－1023,自由锻件厚度为70mm,结构形式由原来的“[”型变为“工”型,零件由组合焊接变为机械加工,装配形式由铆接变为焊接）,不仅解决了机械加工和焊接中的变形问题,而且同比可减轻质量1.271kg。     

浅谈大型油罐底板旋工中焊接变形的控制

凡焊接便会产生变形，便会产生应力，完全能防止焊接变形和焊接应力的方法是没有的。重要的是如何把焊接变形、焊接应力减少到可以容忍的范围内。我国的油罐规范部规定了底板的局部凹凸变形不应大于变形长度的20％，且不大于50mm，但在实际施工中常常被超过，为解决此类问题，可从以下方面考虑。     

热变形对TC4氩弧拼焊板拉伸与疲劳性能的影响

在700℃下,对TC4氩弧拼焊板进行了3个变形量(主应变0.5％、1.6％、2.7％)的等双向拉伸成形,研究了热变形对TC4氩弧拼焊板单向拉伸性能和疲劳寿命的影响.结果表明:等双拉变形前后,TC4氩弧拼焊板拉伸试样均断裂在焊接热影响区,热影响区的强度低于母材和焊缝.随着等双拉热变形量增加,TC4拼焊板试样疲劳寿命有所增加,这是因为一定变形量的热成形释放了焊接残余应力.     

航空发动机机匣电子束焊接变形模拟分析与优化

为了对焊接变形进行预测与控制,建立了焊接接头的弹塑性有限元模型,并对电子束热源模型进行了校核,获得了接头焊接位置的塑性应变区域大小;建立了风扇叶片机匣3D壳单元有限元模型,并采用固有应变法对机匣焊接变形进行了模拟计算,获取了焊接过程的变形分布,通过实测机匣变形量并与仿真结果进行对标,验证了模型的准确性;通过对风扇叶片机匣焊接顺序以及焊接熔池宽度等工艺参数的优化,获得了控制风扇叶片机匣焊后变形的最优方案。结果表明:模拟与实测的平均变形误差仅10.3%,基于固有应变法的中心面3D壳单元有限元模型适用于大型复杂薄壁件的电子束焊接变形预测,该方法已得到应用;风扇叶片机匣焊接熔池宽度的优化能够有效控制焊后变形,焊缝上熔池宽度降低为2.7 mm,焊后平均径向变形量降低30%,能够明显降低机匣径向收缩变形,焊接顺序的优化对变形控制效果较差。      

双层多支板流道组合件变形控制

双层多支板流道组合件是薄壁焊接机匣,与涡轮后机匣和外支撑环组合件连接,是低压涡轮部件上的重要连接、承力件.该件焊缝密集,结构刚性差,安装边连接孔和篦齿环槽口位置度、尺寸精度高,加工难度大.采用多种工艺措施控制焊接变形,增加辅助支撑减小加工变形,综合运用筒体胀形、焊接、激光切孔、机械加工等加工工艺,实现了薄壁双层多支板流道组合件制造.     

焊接顺序对TA15钛合金壁板焊接变形的影响

建立了TA15钛合金壁板焊接有限元模型,利用热弹塑性有限元法分析了焊接顺序对壁板变形的影响。通过对比焊缝截面宏观形貌和残余应力,建立了TIG穿透焊焊接工艺的双椭球热源模型,进而模拟了5种焊接顺序下壁板变形情况。结果表明:按从一侧开始的顺序进行焊接时,下壁板中部边缘凸起,最大变形量为3.9mm;采用对称施焊,可有效地控制壁板变形量。     

EHP155摇架的焊接制造

本文通过对EHPl55复杂焊接结构制造的论述，分析了控制裂纹和变形的基本因素，编制了合理的焊接工艺，为同类产品的生产加工提供可靠的依据。     

高温环境下板壳结构局部屈曲理论研究

传统高温板壳结构的热屈曲分析方法,在解决热-机械载荷耦合作用下复杂板壳结构的屈曲问题时存在较大的局限性,合理的局部热屈曲理论分析方法有助于提高板壳热结构设计水平。因此,根据高温板壳的结构特征和力学特征,在"机械载荷等效成局部边界压应力效应"假设前提下,提出了四种典型的应力等效的局部热屈曲模型,基于初始后屈曲渐近分析理论,建立了一套有效的局部热屈曲理论分析方法。采用上述方法,研究了完善和具有初始缺陷板壳的弹性热后屈曲性态,具体分析了带预载的四边简支模型,带预载的四边固支模型,带预载的三边简支、一边自由模型以及带预载的三边固支、一边自由模型,给出了板壳长度尺寸、厚度等参数对热屈曲载荷的影响规律,并将其推广到高阶热屈曲问题中。分析结果表明:板体现为分叉式屈曲,壳体现为跳跃式屈曲;在长宽比一定的情况下,长度越长,屈曲临界载荷越小,厚度越厚,屈曲临界载荷越高。     

非对称铺层复合材料板室温形状的非线性有限元分析

由于一般铺层复合材料板壳存在拉伸-弯曲、拉伸-扭转等耦合效应,在温度变化时将出现垂直于中面方向的翘曲变形,给工程使用和理论分析带来了极大的不便。但另一方面,利用非对称铺层复合材料板壳可以有效地减轻结构的重量,并可能提供利用平面模具制造曲面层合壳的新工艺。     

基于熔融沉积3D打印翘曲变形的工艺参数优化

熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling,FDM）广泛应用于产品的模样阶段,实现了快速原型制造,但在大型零件的成形过程中,零件翘曲变形导致精度的丧失是熔融沉积增材制造技术的一个最为突出的问题。首先针对熔融沉积过程的翘曲变形优化方法进行了分析,随后以成形工艺参数为研究对象,通过正交试验研究各因素的影响规律,得到优化的工艺参数,达到了抑制翘曲变形的目的。     

电子束焊接在某型战车负重轮平衡肘零件制造中的应用

针对某型战车负重轮平衡肘零件的特殊结构,对3种材料开展电子束焊接技术研究,在国内首次成功地将大厚度结构件电子束焊接技术应用到某型战车关键零部件的制造中,解决了高碳结构材料电子束焊接中零件变形和缺陷控制等技术关键,为零件的批生产提供了技术基础,满足了型号研制的需要.     

飞机舷窗有机中空透明件的变形和应力分析

针对某机型飞机舷窗有机中空透明件的载荷特点,建立了用于计算中空透明件变形和应力的迭代算法和有限元模型,并通过试验验证了该算法和有限元模型的准确性.对多种规格有机中空透明件进行了计算,分析了变形和应力与舱外气压、有机玻璃板厚度、气体层厚度的关系.     

某型飞机后边条焊接盒段优化研究

某型飞机后边条焊接盒段是用于安装平尾的重要受力构件,由材料为30CrMnSiA的板弯件、机加件及加强筋焊接组合而成。由于盒段焊缝数量多、零件壁厚薄,故在组合焊接时容易出现焊接变形、变形后校形困难等问题,使焊缝质量难以保证。本文对焊接盒段结构方案进行了优化研究,在最终选定的结构优化方案中,其盒段壁板为整体机加成型,大量采用机械连接,焊缝数量少,焊接形式简单,缩短了盒段的焊接周期,改善了焊接盒段生产的工艺性,满足了该型号飞机的批产要求。     

波音胶接工装焊接变形控制

波音胶接工装是波音48段生产中比较重要的工装，它尺寸大，结构复杂，而又焊点多，焊缝长，很容易因为焊接变形造成报废。本文主要从产生变形的原因及防止措施的理论分析，以及对该胶接工装结构的具体分析入手，提出了控制变形的措施。按该措施组装焊接后，取得了满意的效果。