CN104475952B - 对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种对称式筋骨‑蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，属于金属结构制造加工技术领域。本发明使用与骨架内腔形状吻合的过渡电极，将过渡电极塞入焊接位置的腔体内侧，按照三角形斜面角度设计打磨焊接电极，使用常规上下施加电极力的电阻焊方式，使焊接电流通过上电极、上蒙皮、过渡电极、下蒙皮、下电极形成回路，同时在上蒙皮与骨架上侧面和下蒙皮与骨架下侧面之间同时形成两个焊核，通过调整电极形状、电极压力，增加预热预压、后热后压等保证焊接质量。充分发挥电阻焊的焊接特性，一次焊接形成2个焊接接头，有效解决了焊接空间狭小、焊接厚度比大的问题，保证焊接接头的对称性，提高焊接效率50％以上。

Description

对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法

技术领域

本发明涉及一种轻型结构的电阻点焊工艺方法。更具体地涉及一种应用于对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型结构的高效率电阻点焊工艺方法。属于金属结构制造加工技术领域。

背景技术

对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构是一类特殊的轻型结构类型，该结构常应用于航空航天飞行器舵、翼结构设计方案中，具有高尺寸精度、高比强度、重量轻、结构简单、制造周期短、制造成本低等特点。为了有效控制飞行器的飞行轨迹并提高飞行距离，舵、翼部件一般规定了严格的尺寸精度，同时要求尽量减轻重量。这类结构通常采用空间六面体外形设计，截面呈对称三角形。使用不锈钢、钛合金、铝合金等金属材料，是典型的对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型结构。该类构件要求特定的外形几何形状、精度，保证一定的结构刚性，并尽量降低结构重量，该结构的设计思路是使用两侧薄蒙皮的中空结构，构件几何外形通过两侧蒙皮的钣金成形工艺保证。过薄的蒙皮厚度和较大的结构长宽比，容易造成结构整体刚性不足，为加强构件的刚性和强度，往往在构件的蒙皮内部空腔的关键位置设置钣金成形的筋骨加强件，起到支撑、固定、加强整体刚性和保持构件几何形状的目的。筋骨加强件与两侧的蒙皮通过焊接方法连接，焊接方式多选用电阻点焊。但是因为该类构件的结构特点，中间腔体内部空间狭小，蒙皮厚度薄，内部的加强筋骨架材料较厚，点焊接头的材料焊接厚度比较大，电阻点焊难度大，生产效率低。

飞行器舵、翼部件对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构特点如下：(1)多设计采用空间六面体形状，以便实现飞行器空中高速飞行的气动要求；(2)采用对称式筋骨－蒙皮钣焊轻型结构的飞行器翼面，设计结构采用两侧外置薄壁蒙皮，中间关键部位内衬骨架的结构形式，能够在保证整体尺寸精度和强度的条件下，减轻结构重量，该结构纵截面形状均呈等腰三角形；(3)综合考虑产品性能、减重要求、工艺设计、制造周期、可靠性、制造成本等方面的要求，该结构多采用电阻点焊连接筋骨与蒙皮，以及电阻缝焊封边的结构设计。(4)该结构存在如下焊接难点，第一，焊接操作空间狭小，常规点焊设备难以进入焊接区域背面进行加压通电操作，需要制作专用电极；第二，焊接厚度比超过标准要求，常规点焊材料厚度比一般小于2,蒙皮与加强骨架的材料厚度比常常超过常规的点焊厚度比极限，焊核中心容易向厚件偏移，影响焊接质量，厚度比超过2倍的点焊接头一般采用单面点焊；第三，焊点多设计呈对称分布，单面点焊后保证两侧蒙皮焊点对称性比较困难。

例如，某飞行器翼面结构如附图1所示，翼面长782mm，宽20mm，高126mm，两侧蒙皮间距0～18mm,中间夹4件腹板加强筋骨架通过点焊与两侧0.6mm的蒙皮连接，腹板加强筋材料厚度2mm。

点焊需要在焊点位置两侧同时施加电极压力并通电，依靠电阻热形成焊核，以上95％以上的点焊焊点一侧的空间仅有不到20mm,普通点焊机的电极无法到达焊接位置完成焊接；部分焊点没有放置X光底片的空间，无法通过x光探伤检验焊接质量，所以要求必须一次焊接合格，对焊接规范的稳定可靠性要求高。同时工件的散热条件、分流情况复杂，并且随着焊接的进行不断变化，对焊接工艺的适应性和工艺裕度要求高。

常规的电阻焊工艺焊接方法如下：根据结构形式，使用常规上电极和异形下电极，使得下电极能够伸进结构中间的加强筋骨架内部，上下电极共同作用通电加压使得蒙皮与筋骨的接触位置产生电阻热并在焊接压力的作用下形成焊核。工艺难点：对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构内部空间狭小，下电极往往厚度较小，能够承受的焊接压力非常有限，影响焊接质量。骨架与蒙皮的材料厚度比较大，焊核容易向厚件方向偏移，在薄壁蒙皮上的焊透率偏低。

对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构示意图如图2所示。

因为外翼结构特点，常规点焊机无法深入焊接区工作，须制作特殊下电极。异性电极依据筋骨加强件的内腔形状设计加工，焊接时深入结构内腔，在上下电极的共同作用下通电加压，在蒙皮与筋骨加强件之间形成回路，通过电阻热在蒙皮与筋骨加强件之间形成焊接接头。对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构常规焊接结构工作示意图如附图3所示。

针对对称式筋骨-蒙皮钣焊结构的电阻点焊工艺问题，焊接空间狭小点焊电极难深入进行焊接、焊接材料厚度比超常规、焊接效率低、焊接对称面一致性差等工艺问题，需要提出新的解决方案。

发明内容

本发明公开了一种对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，旨在提供一种一次焊接即可实现在结构两侧形成两个对称的点焊接头的轻型金属结构的电阻点焊工艺方法，并通过设置预压、预热、后热、后压等工艺参数，保证焊接质量，突破了常规电阻点焊材料厚度比2的数值限制。实现对称式筋骨-蒙皮三角形轻型结构的电阻焊接头的高效高质量焊接，适用于不锈钢、钛合金、铝合金等材料的焊接。

本发明采用如下的技术方案：

不同于常规电阻焊一次完成一个焊接接头的焊接方法。通过依据工件结构制作并使用专用结构的过渡电极，一次焊接形成两个完整的各自独立的点焊焊接接头，通过设置预压、预热、后热、锻压等工艺参数保证焊接质量。

本发明采用的焊接方法如下：

根据结构形式，制作异形过渡电极，过渡电极形状与骨架内腔形状吻合。焊接时，先将过渡电极塞入焊接位置的腔体内侧压紧，使用常规的电阻焊电极形式，在对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊焊点的外侧焊接，借助结构中间的过渡电极，使焊接电流通过上电极、上蒙皮、骨架上侧面、过渡电极、骨架下侧面、下蒙皮、下电极形成回路，同时在上蒙皮与骨架上侧面和下蒙皮与骨架下侧面之间同时形成两个焊核，通过调整电极形状、电极压力，增加预热预压、后热后压等工作步骤，保证焊接质量。

该方法具体步骤如下：

第一步：根据待焊焊件的内部加强筋骨架的中部具体结构，设计制作过渡电极；过渡电极形状与加强筋骨架内腔形状吻合；

第二步：按照加强筋骨架的三角形斜面角度，设计制作焊接用的上电极和下电极，使上、下电极与待焊焊件的接触面能贴和良好,保证上下电极的形面与上下蒙皮贴和良好；

第三步：对待焊焊件焊前处理，进行除油、酸洗、烘干等焊前清理工作；

第四步：装配待焊焊件接头，将过渡电极塞入待焊接位置的加强筋骨架腔体内侧压紧，使加强筋骨架的上下两个侧面通过上电极、过渡电极和下电极连接并导通形成电流回路通道；

第五步：调整焊接工艺参数并进行焊接，进行焊接，一次焊接形成两个焊接接头。

在上述方案基础上，进一步地，

在第一步中，根据加强筋内腔形状制作过渡电极；

在第二步中，所述的贴和良好具体是指上电极与待焊焊件的上蒙皮、待焊焊件的下蒙皮与下电极之间贴紧压实，否则容易产生喷溅、气孔等焊接缺陷；

在第四步中，控制焊件接头装配间隙不大于0.2倍接头厚度；待焊接材料厚度比可以大于2；

在第五步中，焊接时，调整焊接工艺参数，具体是：调整电极形状成球面电极，球面半径80～120cm，电极压力3～4KN；

在第五步前，增加预热预压，具体是指在通焊接电流前，施加较小的电极压力和电流，并保持一段时间；

在第五步后，增加后热后压等工艺手段，具体是在通焊接电流后，施加较小的电极压力和电流，并保持一段时间，保证焊接质量。

所述较小的电极压力约为正常焊接电极压力的40％～60％，所述较小的焊接电流约为正常焊接电流的50％～70％；所述一段时间是指略长于焊接时间，约为0.2～0.6秒。

所述上电极、下电极和过渡电极为铜电极，通常选用铬锆铜材质。

本发明的技术方案是通过设计过渡电极，使用常规结构的电阻焊机，一次焊接形成两个焊接接头，同时克服了具体工艺难点带来的焊接操作困难、焊接质量难以保证等问题。同时通过点焊焊接工艺规范的调整和优化，精确控制焊接后焊核的偏移量和内部质量，最终的达到焊接质量等够达到国军标一级要求。

本发明的优点是：根据待焊接产品结构设计制作过渡电极，充分发挥电阻焊的焊接特性，一次焊接形成2个焊接接头，通过焊接工艺调整保证两个焊接接头的焊接质量都达到国军标一级要求。应用于锐角三角形对称式筋骨-蒙皮结构制造，有效解决了焊接空间狭小、焊接厚度比大、并很好的保证了焊接接头的对称性，提高焊接生产效率50％以上。

附图说明

图1某对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构简图

a)结构示意简图

b)为图1-a的侧视图

图2应用对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的某飞行器翼的局部模型

图3对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构常规焊接方式示意图

图4本发明的点焊方法示意图

图中标记分别表示：1—上蒙皮，2—下蒙皮，3—筋骨加强件，4—上电极，5—下电极，6—过渡电极，7—点焊接头，8—上层焊接接头，9—下层焊接接头。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对发明作进一步的说明。

工作原理：本发明通过制作特殊异形过渡电极，使焊接电流通过上电极、上蒙皮、骨架上侧面、过渡电极、骨架下侧面、下蒙皮形、下电极成回路，在结构两侧同时施焊，同时形成两个焊核，完成焊接。

具体步骤如下：

①根据待焊焊件的内部加强筋骨架中部的焊接结构，设计制作专用过渡电极，过渡电极形状与骨架内腔形状吻合；

②按照骨架中部的三角形斜面角度设计制作上、下电极：保证上、下电极与焊接工件的接触面贴和良好，

③对待焊件进行焊前处理，进行除油、酸洗、烘干等焊前清理工作；

④装配待焊接头，将过渡电极塞入待焊接位置的加强筋骨架腔体内侧压紧，使加强筋骨架的上下两个侧面通过上电极和下电极连接并导通形成电流通道；并控制装配间隙不大于0.2δ，δ为接头厚度，使上电极、上蒙皮、骨架上面、过渡极、骨架下面、下蒙皮之间贴紧压实，没有间隙；

⑤焊接前，预热预压，施加2～3KN的电极压力和电流，并保持0.4～0.6秒；

⑥焊接；一次焊接形成上、下两层焊核；调整电极形状成球面电极，球面半径80～120cm，电极压力3～4KN；

⑦后热后压，施加2～3KN的电极压力和电流，并保持0.4～0.6秒；保证焊接质量。

上电极、下电极和过渡电极均为铬锆铜材质电极。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，包括如下步骤：

第一步：根据待焊焊件的内部加强筋骨架的中部具体结构，设计制作过渡电极；过渡电极的形状与加强筋骨架内腔形状吻合；

第二步：按照加强筋骨架的三角形斜面角度，设计制作焊接用的上电极和下电极，使上、下电极与待焊焊件的接触面能贴和良好；

第三步：对待焊焊件焊前处理，进行除油、酸洗、烘干焊前清理工作；

第四步：装配待焊焊件接头，将过渡电极塞入待焊接位置的加强筋骨架腔体内侧压紧，使加强筋骨架的上下两个侧面通过上电极、过渡电极和下电极连接并导通形成电流回路通道；

第五步：先预热预压，在通焊接电流前，施加较小的电极压力和较小的焊接电流，并保持一段时间，所述较小的电极压力为正常焊接压力的40%～60%，所述较小的焊接电流为正常焊接电流的50%～70%，所述一段时间为0.2～0.6秒；然后进行焊接，一次焊接形成两个焊接接头，焊接后施加较小的电极压力和电流，并保持一段时间；所述较小的电极压力为正常焊接压力的40%～60%，所述较小的焊接电流为正常焊接电流的50%～70%，所述一段时间为0.2～0.6秒；

待焊的焊接接头的材料厚度比大于2倍。

2.按照权利要求1所述对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，其特征在于，在第一步中，根据加强筋内腔形状制作过渡电极。

3.按照权利要求1所述对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，其特征在于，在第二步中，所述的贴和良好具体是指上电极与待焊焊件的上蒙皮、待焊焊件的下蒙皮与下电极之间贴紧压实。

4.按照权利要求1所述对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，其特征在于，在第四步中，控制待焊焊件接头装配间隙不大于0.2倍接头厚度。

5.按照权利要求1所述对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，其特征在于，在第五步中，焊接时，调整焊接工艺参数，具体是：调整电极形状成球面电极，球面半径80～120cm，电极压力3～4KN。

6.按照权利要求1所述对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法该，其特征在于，所述上电极、下电极和过渡电极为铜电极。