CN109550880B - 一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，属于航天、航空、工程应用技术领域。本发明包括首先预设高温传感器，用于采集钛合金材料热铆瞬时温度值；其次利用钛合金高温热铆接系统对热铆钉进行瞬时高温加热并实现热铆；然后利用钛合金高温热铆接系统记录瞬时功率与加热时间，利用高温传感器记录瞬时高温热铆温度，同时利用一个普通温度传感器测量瞬时铆接环境温度，将测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间试验参数记录形成一个数据库；最后控制钛合金高温热铆接系统选择钛合金最优热铆温度范围实现钛合金铆接防烧蚀。本发明能够在钛合金材料发生烧蚀及相变之前进行热铆接，达到避免新材料钛合金高温热铆接烧蚀现象和最佳铆接效果的目的。

Description

一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法
技术领域
本发明涉及航天、航空、工程应用技术领域，尤其涉及一种Ti60合金材料高温热铆防烧蚀控制方法。
背景技术
热铆接是将铆钉加热到一定温度后进行的铆接。加热后铆钉的塑性提高、硬度降低，钉头成型容易，铆接强度高。烧蚀是通过长时间高温热传递产生的热能使固体表面熔融、蒸发、升华，材料与周围空气或材料各成分之间的化学反应、材料质量流失和剥蚀的现象。目前，多数热铆接为对钢制铆钉的铆接应用，加热温度为650℃-670℃，铆钉的终铆温度在450-600℃之间，热铆接温度较低时，烧蚀现象出现较少；
对于往返大气层的高速飞机蒙皮连接需要利用热铆机对新材料钛合金（Ti60）铆钉进行高温（1000℃及以上）热铆加工，要求无烧蚀、无裂纹等。而在高温（1000℃及以上）热铆过程中铆钉墩头处会产生烧蚀现象，1000℃及以上高温烧蚀的情况还没有良好的解决方法。此种现象对钛合金铆钉墩头以及钉杆连接处的表面质量产生了严重的破坏，直接影响了铆钉铆接后墩头的强度，进而影响了整个高速飞机蒙皮连接的质量，因此急需提出一种新型Ti60合金材料高温热铆防烧蚀控制方法。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法。本发明通过调用已建立的新材料钛合金环境温度、加热功率、加热时间与加热温度的数据库，在0-3秒内将新材料钛合金铆钉急速加热至最佳可塑与相变点之间温度，在钛合金材料发生烧蚀及相变之前进行热铆接，达到避免烧蚀现象和实现最佳铆接效果的目的。
本发明的技术方案：
一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：在Ti60合金高温热铆接系统的Ti60合金铆钉钉头处钻削一个高温传感器安装孔；
步骤二：通过高温传感器安装孔的中心线，将专用高温传感器放置于Ti60合金铆钉内部，用于Ti60合金材料热铆温度测量；
步骤三：利用Ti60合金高温热铆接系统对Ti60合金铆钉进行瞬时高温加热，控制热铆枪对加热后的Ti60合金铆钉进行锤击和打击，在Ti60合金铆钉的底部形成墩头；
步骤四；利用Ti60合金高温热铆接系统记录瞬时功率与加热时间，利用高温传感器记录瞬时高温热铆温度，同时利用一个普通温度传感器测量瞬时铆接环境温度，将测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间试验参数记录形成一个数据库；
步骤五、检测Ti60合金高温热铆接系统中Ti60合金铆钉铆接后是否出现烧蚀现象，若出现烧蚀，记录该烧蚀状态下，测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间，最终记录烧蚀临界状态下Ti60合金的瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度；
步骤六、将步骤五中记录的临界状态下Ti60合金的瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度输入到Ti60合金高温热铆接系统，控制Ti60合金高温热铆接系统选择Ti60合金最优热铆温度范围实现Ti60合金铆接防烧蚀。
进一步地、所述的Ti60合金高温热铆接系统，包括热铆系统主控单元、功率调节器、热铆枪、热铆枪打击装置、Ti60合金铆钉和被连接件；所述热铆系统主控单元与功率调节器连接，所述功率调节器与热铆枪连接，所述热铆枪上安装有热铆枪打击装置，所述热铆枪的加热端设置有Ti60合金铆钉，热铆枪和顶铁之间设置有被连接件，热铆枪、顶铁和热铆系统主控单元形成一个加热回路，热铆系统主控单元控制热铆过程的加热温度、加热电压和加热时间。
进一步地、所述的步骤一种高温传感器安装孔的直径为1mm、深度为3mm。
进一步地、所述步骤六中Ti60合金最优热铆温度范围为1000~1050℃。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明为了避免高温铆接后钛合金铆钉钉头与墩头表面产生烧蚀现象，同时能够达到新材料钛合金（Ti60）1000-1050℃最佳铆接温度，在每次铆接之前，通过普通温度传感器测量当时铆钉所处铆接外部环境温度，得到铆接即时外部环境温度后，在热铆系统中参照瞬时测量的外部环境温度，选定数据库中所需的铆钉内部温度与外部环境温度值，将符合要求的视在功率与铆接加热时间做好输出准备，将钛合金铆钉5的铆接温度在短时间（0-3s）内上升到1000-1050℃，实现在材料相变温度和材料表面产生烧蚀前完成加温操作，以便后续完成热铆接；
2、本发明通过建立的新材料钛合金环境温度、加热功率、加热时间与加热温度的数据库，在0-3秒内将新材料钛合金铆钉急速加热至最佳可塑与相变点之间温度，在钛合金材料发生烧蚀及相变之前进行热铆接，达到避免烧蚀现象和最佳铆接效果的目的。
附图说明
图1是Ti60合金高温热铆接系统的连接关系图；
图中1-热铆系统主控单元；2-功率调节器；3-顶铁；4-热铆枪；5-钛合金铆钉；6-被连接件。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：在Ti60合金高温热铆接系统的Ti60合金铆钉钉头处钻削一个高温传感器安装孔；
步骤二：通过高温传感器安装孔的中心线，将专用高温传感器放置于Ti60合金铆钉内部，用于Ti60合金材料热铆温度测量；
步骤三：利用Ti60合金高温热铆接系统对Ti60合金铆钉进行瞬时高温加热，控制热铆枪对加热后的Ti60合金铆钉进行锤击和打击，在Ti60合金铆钉的底部形成墩头；
步骤四；利用Ti60合金高温热铆接系统记录瞬时功率与加热时间，利用高温传感器记录瞬时高温热铆温度，同时利用一个普通温度传感器测量瞬时铆接环境温度，将测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间试验参数记录形成一个数据库；
步骤五：检测Ti60合金高温热铆接系统中Ti60合金铆钉铆接后是否出现烧蚀现象，若出现烧蚀，记录该烧蚀状态下，测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间，最终记录烧蚀临界状态下Ti60合金的瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度；
表1 数据库典型数据
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表中分别记录Ti60合金在铆接过程中瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度变化值，其中第6组中，加热时间为2.927s；加热温度1032℃；环境温度16.8℃；在此温度下，Ti60合金铆接综合高温蠕变性、持久性、破坏强度、材料密度、抗氧化性、耐腐蚀性疲劳、断裂韧性、冲击最佳。
步骤六：将步骤五中记录的临界状态下Ti60合金的瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度输入到Ti60合金高温热铆接系统，控制Ti60合金高温热铆接系统选择Ti60合金最优热铆温度范围实现Ti60合金铆接防烧蚀。
一种铆接环境温度在10-28℃之间，铆钉使用温度在1000-1050℃之间，新材料钛合金（Ti60）高温热铆接时出现的防烧蚀现象的控制技术方法，通过调用已建立的新材料钛合金（Ti60）环境温度、加热功率、加热时间与加热温度的数据库，在短时间内（0-3s）将新材料钛合金铆钉急速加热至最佳可塑与相变点之间温度(1000-1050℃)，在钛合金材料发生烧蚀及相变之前进行热铆接，达到避免烧蚀现象和最佳铆接效果的目的。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，所述的Ti60合金高温热铆接系统，包括热铆系统主控单元1、功率调节器2、热铆枪4、热铆枪打击装置、Ti60合金铆钉5和被连接件6；所述热铆系统主控单元1与功率调节器2连接，所述功率调节器2与热铆枪4连接，所述热铆枪4上安装有热铆枪打击装置，所述热铆枪4的加热端设置有Ti60合金铆钉5，热铆枪4和顶铁3之间设置有被连接件6，热铆枪4、顶铁3和热铆系统主控单元1形成一个加热回路，热铆系统主控单元1控制热铆过程的加热温度、加热电压和加热时间。如此设置， Ti60合金高温热铆接系统实现铆接的方法如下：
步骤a：通过热铆系统主控单元1控制热铆枪4对热铆钉进行瞬时高温加热，通过高温传感器放置于铆钉内部进行热铆钉的高温测量，同时，记录瞬时功率与加热时间，利用普通温度传感器测量瞬时铆接环境温度，将结果进行记录，大量重复此测量试验，建立新材料钛合金铆接环境温度、加热功率、加热时间与加热温度的数据库；
步骤b：热铆接：保持顶铁3稳定，将被连接件6进行组合并贴靠在顶铁3上的对应位置处，启动热铆系统控制单元，热铆系统控制单元控制铆枪对热铆钉进行加热，加热到数据库中的最优铆接温度范围时，热铆系统控制单元控制热铆枪打击装置7驱动热铆枪4进行热铆接，实现被连接件6的铆接；
步骤c：取下热铆枪4，完成热铆工作。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，所述的步骤一种高温传感器安装孔的直径为1mm、深度为3mm。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式提供的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，所述步骤六中Ti60合金最优热铆温度范围为1000~1050℃。如此设置，在这个铆接温度下Ti60铆钉不会发生相变，同时Ti60合金材料、高温蠕变性、持久性、韧性等性能达到最佳。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一：在Ti60合金高温热铆接系统的Ti60合金铆钉钉头处钻削一个高温传感器安装孔；
步骤二：通过高温传感器安装孔的中心线，将专用高温传感器放置于Ti60合金铆钉内部，用于Ti60合金材料热铆温度测量；
步骤三：利用Ti60合金高温热铆接系统对Ti60合金铆钉进行瞬时高温加热，控制热铆枪对加热后的Ti60合金铆钉进行锤击和打击，在Ti60合金铆钉的底部形成墩头；
步骤四；利用Ti60合金高温热铆接系统记录瞬时功率与加热时间，利用高温传感器记录瞬时高温热铆温度，同时利用一个普通温度传感器测量瞬时铆接环境温度，将测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间试验参数记录形成一个数据库；
步骤五：检测Ti60合金高温热铆接系统中Ti60合金铆钉铆接后是否出现烧蚀现象，若出现烧蚀，记录该烧蚀状态下，测量的瞬时高温热铆温度值、瞬时铆接环境温度值、瞬时功率和加热时间，最终记录烧蚀临界状态下Ti60合金的瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度；
步骤六：将步骤五中记录的临界状态下Ti60合金的瞬时功率、加热时间、加热温度和环境温度输入到Ti60合金高温热铆接系统，控制Ti60合金高温热铆接系统选择Ti60合金最优热铆温度范围实现Ti60合金铆接防烧蚀。
2.根据权利要求1所述的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，其特征在于；所述的Ti60合金高温热铆接系统，包括热铆系统主控单元（1）、功率调节器（2）、热铆枪（4）、热铆枪打击装置、Ti60合金铆钉（5）和被连接件（6）；所述的热铆系统主控单元（1）与功率调节器（2）连接，所述的功率调节器（2）与热铆枪（4）连接，所述的热铆枪（4）上安装有热铆枪打击装置，所述的热铆枪（4）的加热端设置有Ti60合金铆钉（5），热铆枪（4）和顶铁（3）之间设置有被连接件（6），热铆枪（4）、顶铁（3）和热铆系统主控单元（1）形成一个加热回路，热铆系统主控单元（1）控制热铆过程的加热温度、加热电压和加热时间。
3.根据权利要求1所述的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，其特征在于；所述的步骤一中高温传感器安装孔的直径为1mm、深度为3mm。
4.根据权利要求1所述的一种新型钛合金材料高温热铆接防烧蚀控制方法，其特征在于；所述步骤六中Ti60合金最优热铆温度范围为1000~1050℃。
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