在飞机制造中焊接技术的应用研究

在飞机制造中焊接技术的应用研究

孙凯

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：在飞机机体的研制和生产中，焊接技术已经成为了不可或缺的工艺方法之一。焊接技术的进步与发展不仅能够减轻飞机机体的重量，而且还为飞机机体结构设计提供技术支持，提高了飞机先进性。本文对飞机焊接设计中焊接技术的突破与研究进行了分析。

关键词：飞机焊接设计；点焊技术
前言：
焊接历史几乎和人类的金属处理历史一样悠久。在较长时期,它被认为是一门难解的工艺或原始的结构技术。十九世纪的新发现和电能的使用以不断加速的速度推动了现代焊接的发展。
一 点焊的概念

点焊是一种高速、经济的衔接办法。它适于制作能够选用搭接、接头不要求气密、厚度小于5mm的冲压、轧制的薄板构件。是把焊件在接头处触摸面上的单个点焊接起来。点焊要求金属要有较好的塑性。

1.1焊接热的发生及影响产热的要素

产热公式

Q=I²Rt（J）其间Q指的是焊接时发生的热量，

I是指焊接时发生的电流，R是指焊接时电极间的电阻，

T是指焊接时刻。

1.2影响产热的要素有下面6点

（1）电阻的影响。（2）焊接电流的影响。（3）焊接时刻的影响。（4）电极压力的影响。（5）电极形状及材料功用的影响，随着电极端头的变形和磨损，触摸面积增大，焊点强度下降。（6）工件表面状况的影响，工件表面的氧化物、尘垢、油和其他杂质增大了触摸电阻，然后影响焊接强度。

1.3点焊焊接循环进程

（1）预压时刻——所设定的电极下压到触摸工件并施压安稳所需求的时刻。此时刻设定，如果太短，则可能上电极在空中放电，导致脱焊，太长则影响出产功率。（2）焊接时刻——点焊的焊接时刻就是电极通电时刻，时刻的单位有以秒记的，也有以周期记的。中国大陆的电源频率是50HZ/S，也就是1/50秒。（3）坚持时刻——焊接电流堵截以后，电极压力持续坚持的时刻。（4）休止时刻——电阻点焊或缝焊进程中，两个相邻焊接循环之间的间隔时刻。

1.4点焊电极

电极的功用：点焊电极是保证点焊质量的重要条件，它的首要功用有：向工件传导电流、向工件传递压力、敏捷导散焊接区的热量。

1.5点焊板厚及焊接层数要求

多运用两层板点焊，削减三层板焊接，根绝三层以上板件搭接点焊，准则累计板件厚度不超越5mm。

1.6焊接参数控制

.焊接电流影响。焊接电流过大，使加热过于强烈，这时因为熔池金属急剧膨胀，从而冲出塑性环，产生飞溅，本文验证焊接电流对焊接质量和焊接飞溅的影响，焊接板材均为DC04普板，具体板厚0.7mm+1.0mm+1.2mm，保证其他焊接参数不变，依次改变焊接电流的大小，得出如下结论：随着焊接电流的减小，焊接质量降低，焊接飞溅也减少，见表1焊接电流验证参数表。

焊接时间影响。点焊规范一般分为两种，即软规范、硬规范。软规范为小电流长时间；硬规范为大电流短时间。生产时为提高焊接效率，大多数使用硬规范，但硬规范参数设置不当，热量输入过急过快时熔核会冲破塑性环，产生较为严重的飞溅。本文验证焊接时间对焊接质量和焊接飞溅的影响，焊接板材均为DC04普板，具体板厚为0.7mm+1.0mm+1.2mm，保证其他焊接参数不变，依次改变焊接时间的大小，得出如下结论：随着焊接时间的增加，焊接质量得到提升，焊接飞溅无明显变化，见表2焊接时间验证参数表。

焊接压力影响。当电极压力过小时，由于焊接区金属的塑性变形范围及变形程度不足，造成因电流密度过大而引起的加热速度大于塑性环扩展速度，从而导致严重的飞溅。电极压力对焊接质量和焊接飞溅的影响，焊接板材均为DC04普板，具体板厚为0.7mm+1.0mm+1.2mm，保证其他焊接参数不变，依次改变电极压力的大小，得出如下结论：随着焊电极压力的增加，焊接质量有下降趋势，但是焊接飞溅会减少。
二 飞机焊接设计中点焊技术

点焊技术应用很广，形式也很多样，不同的形式焊接效果也不同，电阻点焊是一个应用非常广的焊接形式，其广泛应用在工业制造业中，但是在焊接的时候材料、电流、电极压力等对焊接质量都有影响，电阻焊接的流程主要是分4步。

定位：该工序是将焊件进行定位，要保证工件在焊接过程中不能发生位移，保证电极与工件，工件与工件之间的相对位置。焊接：该过程是对工件进行焊接，通过电极对焊件施加焊接电流，在起初焊接的时候，电极与工件接触位置会产生熔核。保持：焊接完毕后，将焊接电流关闭，但是需要保持焊接压力不变，一直到工件自然冷却凝固。电极移开，该工序是焊接完毕后，焊件凝固之后，将焊极移开完成整个焊接工作。

2.1点焊回弹。点焊过程中是一个伴有温度变化的复杂过程，同时涉及力学、电学和磁学等多种因素，飞机曲面零件利用焊接技术进行焊接的时候，回弹现象是不可避免的，工件在焊接的时候因为升温的原因，焊件弯曲位置会出现回弹现象，所以在焊接的时候需要夹具对工件进行固定，确保工件焊接时候不能回弹。

2.2点焊变形。SYSWELD分析软件对焊接中工件变形和焊接过程中产生的温度的专门研究软件，图1就是SYSWELD软件功能图。
图1SYSWELD功能示意图

焊件变形是焊材在温度的作用下发生屈服，可以通过塑性状态进行判定：

F（σ，R，X）=0

式中：σ—应力张量；R—各向同性强化系数；X—随动强化系数。焊件在发生变形的时候有两种情况，一种是F（σ，R，X）=0的时候，焊件是处于弹性状态，如果是F（σ，R，X）=0的时候，焊件是塑性状态，工件会发生变形，F（σ，R，X）>0这种情况是不可能发生的。

3.点焊残余应力。焊接过程中会有残余应力的产生，原因是材料在不受均匀受热的时候，或者焊件冷却收缩的时候产生热应力，而对焊件金属组织的影响，这个热应力就是残余应力。图2为焊接过程中，温度、屈服应力、变形、残余应力之间曲线变化图。

图2点焊残余应力曲线

通过上边图形的对比可以发现，在焊接中央的位置，残余应力最大，同时高温下，材料的屈服应力也最小，所以工件在这个位置的时候最容易发生塑性变形，在工件慢慢冷却的过程中，由于工件受到冷却收缩的约束，焊件会变为拉伸残余应力。

焊接技术是一个应用非常广泛的技术，它不仅能应用在低端金属件的焊接，还能应用在国防装配、航空航天等高科技领域，焊接技术可以总结为电学、力学、冶金等技术的综合体，而在飞机制造中应用焊接技术，更需要去研究分析零件的性能，通过什么样的焊接方式才能满足飞机的技术要求，使之满足飞机的飞行要求。

参考文献：

[1]李瑞.航空技术中的焊接工艺与发展趋势.北京:中国航空学会学术年会材料专题,2018：1-8.

[2]王志.焊接技术在航空航天工业中的应用和发展建议.航空制造技术，2018，26(16)：26-31.