CN105108363A - 一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法，属于焊接变形控制技术领域，主要解决一种大型薄壁弹翼对接焊制造过程中存在的焊接变形技术难题。该方法包括以下内容：根据外翼面外形设计制造并安装弹翼防变形工装；优化结构设计，对接面内增加支撑块；优化电子束焊接波形，降低线能量输入，减小焊接变形入；优化焊接顺序。本发明中的防变形工装可反复使用，对于同尺寸、类似结构、易于变形的物品均可使用；极大的提高了工作效率，有效地控制了弹翼对接焊接变形，尤其适用于批量化生产。通过工艺方法改进，极大的降低了弹翼对接焊接变形量，提高了焊缝接头质量。

Description

一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法
技术领域
本发明属于焊接变形控制技术领域，尤其涉及翼类结构件焊接变形的控制方法，主要解决一种大型薄壁弹翼对接焊制造过程中存在的焊接变形技术难题。
背景技术
大型尺寸弹翼类结构结构复杂，如图1所示，弹翼翼面由翼面前段与翼面后段电子束焊接对接而成，弹翼根弦长度超过2730mm，展宽超过530mm，长度较长，装配对接时稍有偏差，两端平面度相差很大；电子束焊接变形相对较小，但要达到零件型面平面度要求为0.5mm难度非常大。由于此类结构多采用骨架蒙皮焊接结构方式，焊接过程中厚度小的蒙皮(1mm左右)和厚度大的骨架(30-40mm范围)，在焊接过程中极易发生焊接变形，刚性较差，同时由于结构件本身的不对称结构极易产生扭曲变形；并且在退火后由于刚性差、存在残余应力等原因，在后续工作中产生较大的变形，所以焊接变形控制是弹翼对接焊接的一大难题。
目前，在大型结构件的焊接生产中工艺一般通常采用以下几种方式进行变形控制：1.利用反变形来控制焊接变形。但由于零件尺寸不变，造成制造过程中零件无法装配或装配间隙过大，加大了焊接难度和焊接量，不仅无法控制变形，反而会增加变形。2.一般以结构件中分面为基准，从下往上、从内到外进行装配焊接，焊接时要求采用对称焊接。但对于结构复杂的大型结构件，由于不对称的或收缩较大的焊缝无法自由收缩，不能较好的控制结构的焊接变形。
由于目前常规采用的工艺措施不能良好的控制大型结构件的焊接变形，导致大型结构件的返修量、返修率和返修难度非常大，不仅降低了产品质量、生产效率，还延长了生产周期，增加了生产成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法，就是针对大型薄壁弹翼对接焊接的难题技术现状，在常规控制变形措施的基础上，进一步实施可行的大型结构件焊接变形的控制方法。
本发明主要通过以下技术方案来实现：一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法，该方法包括以下步骤：
S1：安装用于薄壁弹翼对接焊的防变形工装；所述的防变形工装包括一个框架以及框架之间的梁,防变形工装通过梁以及连接在梁上的顶杆将外翼后段面、外翼前段面周边以及外翼后段面、外翼前段面的对接处压紧；防变形工装框架的一端内侧面,与外翼后段的端面进行固定,固定后使外翼后段的整个平面处于水平状态,框架的另一端内侧面通过螺杆插入外翼前段的端面,固定后使外翼前段的整个平面处于水平状态。
S2：优化焊接结构，对接面处增加支撑块；外翼后段、外翼前段对接面处的上下接头处之间增加支撑块，支撑块的上端面位于对接外翼上接头处之下，支撑块的下端面位于对接外翼下接头处之上，支撑块与对接的外翼后段、外翼前段通过焊接连接为一体。
S3：优化电子束焊接波形；在电子束焊接钛合金材料的外翼后段、外翼前段面时，将电子束扫描波形由圆波改变为三角波。
S4：完善焊接顺序；外翼面首先对称定位焊，然后再进行正式焊和修饰焊接。
本发明的优点是：1.工艺装备夹具(防变形工装)可反复使用，对于同尺寸、类似结构、易于变形的物品均可使用；2、极大的提高了工作效率，有效地控制了弹翼对接焊接变形，尤其适用于批量化生产。3、通过工艺方法改进，极大的降低了弹翼对接焊接变形量，提高了焊缝接头质量。
附图说明
图1弹翼对接焊接变形控制夹具用于弹翼上的结构图；
图2对接空腔及支撑板结构示意；
图3弹翼外形测量图。
其中1-外(弹)翼前段，2-前后段待焊接处，3-外(弹)翼后段，4-支撑块，5-梁，6-梁上的顶杆。
具体实施方式
下面对本发明进一步详细地描述：
本发明的一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法，该方法包括以下内容：
1.根据外翼面外形设计制造并安装弹翼防变形工装。
防变形工装包括一个框架以及框架之间的梁,工装结构简图见图2所示工装通过中间的梁以及连接在梁上的若干顶杆对外翼后段面以及外翼前段面进行刚性装夹，即防变形工装根据外翼面型面将外翼后段面、外翼前段面周边及对接处压紧，刚性装夹以减少焊接变形。
框架的一端内侧面,与外翼后段的端面进行固定,固定后使外翼后段的整个平面处于水平状态,框架的另一端内侧面通过螺杆插入外翼前段的端面,固定后使外翼前段的整个平面处于水平状态,即框架的两端内侧面形成定位基准。
该工装能够保证零件处于水平状态易于测量其弦平面,并调整外翼面弦平面偏扭，确保装配工装后外翼面(前段、后段)弦平面偏扭不大于0.4mm。(装配前在外翼周边端面划出中心线，装配时将前段、后段对接处对齐，并通过弹翼周边端面中心线高度，调整弦平面偏扭不大于0.4mm。)
焊接过程中将外翼面(前段、后段)接头两侧通过工装的梁5以及梁上的顶杆6压紧，顶杆材料选用不锈钢，达到电子束焊接装配要求：外翼面(前段、后段)接头之间间隙不大于0.1mm，外翼面(前段、后段)接头阶差不大于0.15mm。接头处梁以及梁上的顶杆距焊缝不小于5mm，且梁距离翼面的高度尽量小以避免挡光，影响焊接时观察焊缝对中。
工装可根据外翼面型面将零件周边及对接处压紧，刚性装夹以减少焊接变形，工装能够微调外翼面弦平面偏扭。
2.优化结构设计，对接面内增加支撑块。
外(弹)翼前段、外(弹)翼后段焊接接头部位厚度为3mm左右，中间存在空腔，特在弹翼前段、后段对接空腔内增加支撑块4，如图3所示，其中虚线表示支撑块4被外(弹)翼后段透视的部分。
在前后对接弹翼上下接头处之间增加支撑块，即支撑块的上端面位于对接弹翼上接头处之下，支撑块的下端面位于对接弹翼下接头处之上，支撑块与弹翼通过焊接连接为一体，既增加了接头强度，同时减少焊缝表面凹陷，减小焊接变形。支撑块与对接空腔采取配加工方法，装配后既有利于保证焊接装配要求，同时能起到增强对接面刚性，减少焊接变形的作用。
3.优化电子束焊接波形，降低线能量输入，减小焊接变形。为进一步减少焊接变形，在电子束焊接钛合金材料的外翼面时，尝试将电子束扫描波形由圆波改变为三角波，以减小线能量输入。
对钛合金3mm厚度对接接头进行焊接效果测试，试验结果见表1所示，三角波扫描所需的电流小、成型效果好、线输入能量相对较小。
表1三角波与圆波参数对比
波形 电流 电压 能量输入比较 成型效果
圆波 7-8mA 140kV 大 成型一般
三角波 4-5mA 140kV 小 圆滑过渡，成型良好
4、确定焊接参数。加工平板试片，模拟弹翼对接厚度变化，进行焊接试验，调整参数。确定合适的电子束焊接参数，见表2所示，经X射线检测，满足GJB1718A-2005《电子束焊接》I级要求。
表2电子束焊工艺参数
5、优化焊接顺序。起弧、熄弧位置，焊接顺序等因素都有可能造成外翼面焊接过程受热不均匀，造成一定的角变形或偏扭。外翼面首先对称定位焊，然后再进行正式焊和修饰焊接。采取对称焊接顺序，最大限度减小焊接引起的角变形。
对焊接后的弹翼型面极性外形测量，结果如图和表3所示。表3分别显示了图中所示位置的装配后和焊接后的弦平面偏扭数值。
表3弹翼外形测量数据

Claims (2)

1.一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.安装用于薄壁弹翼对接焊的防变形工装；
所述的防变形工装包括一个框架以及框架之间的梁,防变形工装通过梁以及连接在梁上的顶杆将外翼后段面、外翼前段面周边以及外翼后段面、外翼前段面的对接处压紧；
防变形工装框架的一端内侧面,与外翼后段的端面进行固定,固定后使外翼后段的整个平面处于水平状态,框架的另一端内侧面通过螺杆插入外翼前段的端面,固定后使外翼前段的整个平面处于水平状态；
S2.优化焊接结构，对接面处增加支撑块；
外翼后段、外翼前段对接面处的上下接头处之间增加支撑块，支撑块的上端面位于对接外翼上接头处之下，支撑块的下端面位于对接外翼下接头处之上，支撑块与对接的外翼后段、外翼前段通过焊接连接为一体；
S3.优化电子束焊接波形；
在电子束焊接钛合金材料的外翼后段、外翼前段面时，将电子束扫描波形由圆波改变为三角波；
S4.完善焊接顺序；
外翼面首先对称定位焊，然后再进行正式焊和修饰焊接。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁弹翼对接焊变形控制方法，其特征在于：确定焊接参数的方法是：
加工平板试片，模拟外翼后段、外翼前段对接厚度变化，进行焊接试验，调整参数，从而确定焊接参数。
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