CN115415744A - 一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

通过对焊接装置的设置，实现了副油箱的批量化制造，也解决了副油箱外部焊缝和副油箱焊接强度之间的矛盾问题，在对外部焊缝进行清理之后，同时保留有要求范围之内的焊接强度，在利用焊接装置进行焊接的同时，焊接装置的夹持使得焊接过程中的焊接形变和热形变过程中的形变误差均由焊液在进行冷却的过程中进行补偿，可减少副油箱在设计时对开料尺寸的考虑因素，同时也为后续的部件拼合提供了很大的便利，同时焊接装置设计简单，但很好的达到了在航空领域所要求的的精度要求，利用了简单的结构就实现了本发明所要的外观要求、强度保障，同时实现了对焊接过程中的误差消除。

Description

一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺及装置
技术领域
本发明属于飞机副油箱制作领域，具体涉及一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺及装置。
背景技术
副油箱是指在飞机机身以外携带燃料的空间，常见的称呼还有辅助燃料箱；副油箱是为了延伸飞机的航程或者是滞空时间，仅有军用飞机使用。
目前，可抛弃副油箱多设计为流线形，以减低使用时对飞机产生严重影响；而现有技术中，多采用多块焊接的方式来制作副油箱主体，且为了保证焊接的可靠性，需要对焊缝进行双面焊接，这就极大程度上影响了副油箱外层的流线型设计，而流线型设计主要为的是要减少产生的阻力，对飞机运动性与稳定的负面影响，降低与飞机分离时撞击其他携带装备或者是机身结构等，因此如何在保证副油箱连接强度的情况下解决副油箱外侧拼接焊缝是需要解决的一个问题。
同时由于副油箱的用途特殊，因此多采用铝合金材料来制备，且厚度在安全性能有保障的情况下需要尽可能的薄来减轻副油箱的重量，这样就能够对战斗机尽可能的减轻飞行负担，因此现有技术中心多采用2.5-5mm铝合金，而铝合金材质较软，在焊接过程中铝合金导热率很大，大约为钢的2到4倍，同时耐热性很差，一般铝合金均不耐高温，膨胀系数大，容易产生焊接变形，焊接裂纹倾向也很明显，容易焊穿导致焊接失败，且铝合金材料在熔化状态下表面张力小，很容易凹陷，故通常采用双面焊接的方式来确保能够达到所需要的焊接强度。
另外，由于铝合金的在焊接过程中易发生焊接变形，这就导致在副油箱整合焊接的过程中由于焊接变形的原因导致部件焊接尺寸的误差，对副油箱的整体设计生产具有比较大的影响，可能会最终导致拼合焊接后的副油箱整体变形从而产生较大的使用和外观影响。
因此，需要一种能够保证焊接强度的同时还能够解决外部焊缝影响飞机运动型和稳定的负面影响。
发明内容
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺，其中：具体包括以下步骤
（1）区域设计：根据副油箱的整体外部形状，规避副油箱的需要单独成型的区域样式，将副油箱分为多体式的部件焊接拼装。
（2）焊缝设计：根据分体式结构的划分，选定每块副油箱部件的拼接焊接点。
（3）尺寸补偿切割：对选定的板状原材料进行高精度尺寸切割，同时将后工序中的成型工艺的拉伸补偿一同算入。
（4）预成型：对不同副油箱板块的功能区域进行预成型。
（5）外圆预成型：对副油箱的原料平板进行卷圆预成型，为后续的工序提供成型基础。
（6）焊位清理：在被焊工件表面进行机械打磨或激光清除，出去表面油污和氧化膜。
（7）焊接工序：通过设计的焊接装置来实现单面焊接，双面成型的焊接效果，同时根据副油箱的材料特性进行工艺参数的设定。
（8）焊缝处理：通过对单面的焊接实现了双面成型的效果，对部件外表面进行焊缝处理。
（9）外形尺寸定型：通过对焊接过后的部件进行最终的挤压工艺，确保外形定型和尺寸精度确认。
（10）组装焊接：将设计分割的副油箱部件进行最后的组装，并通过设定的焊接工艺将其焊接固定。
（11）焊缝后处理：将拼装焊接好的副油箱部件的外围焊缝进行清洗打磨处理，使得最终的副油箱产品能够符合空气动力流向。
优选的，选定原材料的材质为铝合金板材，且铝合金板材的厚度为1.0-3.0mm。
优选的，对副油箱板块的预成型可包括局部冲压，缺口切割。
优选的，其焊接工艺参数包括：氩弧焊直流方式焊接，焊丝直径为1.5-2.5mm，钨极直径为20mm，同时采用4#瓷嘴，焊接电流为150-170A，焊接速度15-25mm/min，氩气流量为16LPM，氩气压力0.4Mpa，铝板之间间隙为1.5mm 。
一种用于飞机副油箱的单面焊接成型装置，焊接装置包括有底座（1），所述底座（1）设置有支撑杆（2），所述底座（1）上方设置固定平面（3），所述固定平面（3）上方设置有销钉孔（4），所述销钉孔（4）上方设置有焊接夹板组（5），所述右侧的销钉孔为半开槽状态，焊接夹板组（5）之间通过设置有销钉孔（4），所述焊接夹板组（5）之间还设置有螺栓孔（6），所诉焊接夹板组（5）通过螺栓在螺栓孔（6）固定，所述焊接夹板组（5）通过销钉在销钉孔（4）内精准定位。
优选的，所述焊接夹板组（5）包括有焊接上板（501），所述焊接上板（501）中间设置有“V”型槽，所述“V”型槽角度为45-60°，所述焊接上板（501）下方为焊接下板（502），所述焊接下板（502）中间设置有“U”型槽，所述“U”型槽高度为2-3cm，宽度为4-5cm。
优选的，所述焊接上板（501）和所述焊接下板（502）左右两侧设置有压板边（503），所述压板边（503）宽度为3-4cm。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过单面焊接双面成型的工艺来解决了现有副油箱外部焊缝明显，飞行过程中的阻力因素影响较大的缺陷。
2.同时通过对工艺参数的改进，确保能够对铝合金材料的焊接同时确保材料的形变程度，防止由于焊接过程中材料的变形而导致的精度不够而材料报废。
3.焊接装置设计简单，但很好的达到了在航空领域所要求的的精度要求，利用了简单的结构就实现了本发明所要的外观要求、强度保障，同时实现了对焊接过程中的误差消除。附图说明
图1是本发明的单面焊接成型工艺流程图；
图2是本发明的焊接装置整体示意图；
图3是本发明的焊接装置截面示意图；
图4是本发明的图3的“E”放大示意图；
图5是本发明的焊接装置效果示意图；
图6是本发明的对比例二效果示意图；
图7是本发明的对比例三效果示意图；
图8是本发明的对比例四效果示意图；
图9是本发明的对比例五效果示意图；
图10是本发明的对比例六效果示意图；
图11是本发明的最后成型效果示意图。
附图标记：1底座、2支撑杆、3固定平面、4销钉孔、5焊接夹板组、501焊接上板、502焊接下板、503压板边、6螺栓孔。
具体实施方式
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的:
实施例一：
一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺及装置，其工艺步骤如下：
（1）区域设计：根据副油箱的整体外部形状，规避副油箱的需要单独成型的区域样式，将副油箱分为多体式的部件焊接拼装，区域样式根据飞机类型的不同具有不同的分割原则，其原则可包括对于需要进行局部冲压成型或者局部切口处理的部位板件，尽可能的进行分割处理，使得在焊接过程中的焊接变形尽可能小的影响局部已成型部位或者切割口位置。
（2）焊缝设计：根据分体式结构的划分，选定每块副油箱部件的拼接焊接点，其焊接点的选定根据副油箱整体结构和后续副油箱的受力及安装状态来选择，避免焊缝左右两侧受力不同而导致焊接后的焊缝经过长时间的受力差而出现裂纹。
（3）尺寸补偿切割：对选定的板状原材料进行高精度尺寸切割，同时将后工序中的成型工艺的拉伸补偿一同算入。
（4）预成型：对不同副油箱板块的功能区域进行预成型。
（5）外圆预成型：对副油箱的原料平板进行卷圆预成型，为后续的工序提供成型基础。
（6）焊位清理：在被焊工件表面进行机械打磨或激光清除，出去表面油污和氧化膜。
（7）焊接工序：通过设计的焊接装置来实现单面焊接，双面成型的焊接效果，同时根据副油箱的材料特性进行工艺参数的设定，焊接装置包括有底座，所述底座设置有支撑杆，所述底座上方设置固定平面，所述固定平面上方设置有销钉孔，所述销钉孔上方设置有焊接夹板组，焊接夹板组之间通过设置有销钉孔，所述焊接夹板组之间还设置有螺栓孔，所诉焊接夹板组通过螺栓在螺栓孔内固定，所述焊接夹板组通过销钉在销钉孔内精准定位，所述焊接上板和所述焊接下板左右两侧设置有压板边。
（8）焊缝处理：通过对单面的焊接实现了双面成型的效果，对部件外表面进行焊缝处理，其中焊缝的处理可包括有外侧焊缝的切割打磨，使得外观符合一体化设计的要求。
（9）外形尺寸定型：通过对焊接过后的部件进行最终的挤压工艺，确保外形定型和尺寸精度确认。
（10）组装焊接：将设计分割的副油箱部件进行最后的组装，并通过设定的焊接工艺将其焊接固定。
（11）焊缝后处理：将拼装焊接好的副油箱部件的外围焊缝进行清洗打磨处理，使得最终的副油箱产品能够符合空气动力流向。
其中，选定原材料的材质为铝合金板材，且铝合金板材的厚度为1.0-3.0mm。
所述焊接上板和所述焊接下板左右两侧设置有压板边，所述压板边宽度为3-4cm
进一步的，本发明在进行焊接工序时，由于本发明焊接材料为较薄的铝合金板材，而针对与飞机航空领域对于零部件器材的精密度的要求，同时由于副油箱的焊缝较多，且铝材焊接易变型，对最终的拼接和尺寸精密度有很大影响，因此本发明采用的焊接装置通过设置有压板边，通过对压板边和焊接装置的设置，当压板边对焊缝两边进行压合时，此时通过设定的焊接技术参数对焊缝进行焊接，此时由于压板边的设置，焊缝两侧的铝合金板材进行紧固，同时由于焊液在“U”型槽内凝结，此时由于焊接过热导致的铝合金板变形量均由未凝结的焊液进行补偿，使得在计算副油箱制造补偿时不需要计算焊接而导致的变形误差，而在多次焊接拼接的情况下，焊接误差的计算更加难以计算，因此本发明解决了对于多板拼接是的焊接补偿问题，使得初始设计时只需计算必要的冲压钻孔补偿，大大提高副油箱的设计精度。
对比例一：
所述焊接夹板组包括有焊接上板，所述焊接上板中间设置有“V”型槽，所述“V”型槽角度为50°，所述焊接上板下方为焊接下板，所述焊接下板中间设置有“U”型槽，所述“U”型槽高度为2.5cm，宽度为4.5cm。
所述焊接上板和所述焊接下板左右两侧设置有压板边，所述压板边宽度为3.5cm。
其焊接工艺参数包括：氩弧焊直流方式焊接，焊丝直径为2mm，钨极直径为20mm，同时采用4#瓷嘴，焊接电流为160A，焊接速度20mm/min，氩气流量为16LPM，氩气压力0.4Mpa，铝板之间间隙为1.5mm。
得出的焊缝结果：焊缝大小合适，焊液流动完整平顺，效果较好。
对比例二：
焊接下板的“U”型槽的高度为4cm，宽度为6cm；
其余同对比例一。
得出的焊缝结果：焊缝大，焊峰凝结效果差，焊液流通不通畅，效果较差。
对比例三：
焊接方式改为氩弧焊脉冲电流，其脉冲电流为43A，脉冲频率为60HZ，脉冲宽度为70%。
其余同对比例一。
得出的焊缝结果：采用脉冲电流焊接不连贯，有较多焊瘤焊坑，效果极不理想。
对比例四：
焊接电流为200A，其余同对比例一。
得出的焊缝结果：焊接电流过大，使得焊缝极易烧穿，同时焊液内容易产生气泡，影响产品质量。
对比例五：
焊接电流为100A，其余同对比例一。
得出的焊缝结果：焊接电流过小，使得焊接未焊透，同时焊液形成的工作时间长，双面成型时背面极易出现未融合现象，焊接质量不高。
对比例六：
焊接速度为40mm/min，其余同对比例一。
得出的焊缝结果：焊液累积时间不够，速度过快，导致背面焊接无法成型，焊接结果无法使用。
进一步的，根据环境温度的不同，由于焊液冷却的时间的差别，焊接速度可根据实际的环境温度进行进一步的调整，达到最大的工作效率。
通过对焊接装置的设置，实现了副油箱的批量化制造，也解决了副油箱外部焊缝和副油箱焊接强度之间的矛盾问题，在对外部焊缝进行清理之后，同时保留有要求范围之内的焊接强度，在利用焊接装置进行焊接的同时，焊接装置的夹持使得焊接过程中的焊接形变和热形变过程中的形变误差均由焊液在进行冷却的过程中进行补偿，可减少副油箱在设计时对开料尺寸的考虑因素，同时也为后续的部件拼合提供了很大的便利，同时焊接装置设计简单，但很好的达到了在航空领域所要求的的精度要求，利用了简单的结构就实现了本发明所要的外观要求、强度保障，同时实现了对焊接过程中的误差消除。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）区域设计：根据副油箱的整体外部形状，规避副油箱的需要单独成型的区域样式，将副油箱分为多体式的部件焊接拼装；
（2）焊缝设计：根据分体式结构的划分，选定每块副油箱部件的拼接焊接点；
（3）尺寸补偿切割：对选定的板状原材料进行高精度尺寸切割，同时将后工序中的成型工艺的拉伸补偿一同算入；
（4）预成型：对不同副油箱板块的功能区域进行预成型；
（5）外圆预成型：对副油箱的原料平板进行卷圆预成型，为后续的工序提供成型基础；
（6）焊位清理：在被焊工件表面进行机械打磨或激光清除，出去表面油污和氧化膜；
（7）焊接工序：通过设计的焊接装置来实现单面焊接，双面成型的焊接效果，同时根据副油箱的材料特性进行工艺参数的设定；
（8）焊缝处理：通过对单面的焊接实现了双面成型的效果，对部件外表面进行焊缝处理；
（9）外形尺寸定型：通过对焊接过后的部件进行最终的挤压工艺，确保外形定型和尺寸精度确认；
（10）组装焊接：将设计分割的副油箱部件进行最后的组装，并通过设定的焊接工艺将其焊接固定；
（11）焊缝后处理：将拼装焊接好的副油箱部件的外围焊缝进行清洗打磨处理，使得最终的副油箱产品能够符合空气动力流向。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺，其特征在于：选定原材料的材质为铝合金板材，且铝合金板材的厚度为1.0-3.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺，其特征在于：对副油箱板块的预成型可包括局部冲压，缺口切割。
4.根据权利要求1所述的一种用于飞机副油箱的单面焊接成型工艺，其特征在于：其焊接工艺参数包括：氩弧焊直流方式焊接，焊丝直径为1.5-2.5mm，钨极直径为20mm，同时采用4#瓷嘴，焊接电流为150-170A，焊接速度15-25mm/min，氩气流量为16LPM，氩气压力0.4Mpa，铝板之间间隙为1.5mm 。
5.一种用于飞机副油箱的单面焊接成型装置，其特征在于：焊接装置包括有底座（1），所述底座（1）设置有支撑杆（2），所述底座（1）上方设置固定平面（3），所述固定平面（3）上方设置有销钉孔（4），所述销钉孔（4）上方设置有焊接夹板组（5），所述右侧的销钉孔为半开槽状态，焊接夹板组（5）之间通过设置有销钉孔（4），所述焊接夹板组（5）之间还设置有螺栓孔（6），所诉焊接夹板组（5）通过螺栓在螺栓孔（6）固定，所述焊接夹板组（5）通过销钉在销钉孔（4）内精准定位。
6.根据权利要求5所述的一种用于飞机副油箱的单面焊接成型装置，其特征在于：所述焊接夹板组（5）包括有焊接上板（501），所述焊接上板（501）中间设置有“V”型槽，所述“V”型槽角度为45-60°，所述焊接上板（501）下方为焊接下板（502），所述焊接下板（502）中间设置有“U”型槽，所述“U”型槽高度为2-3cm，宽度为4-5cm。
7.根据权利要求6所述的一种用于飞机副油箱的单面焊接成型装置，其特征在于：所述焊接上板（501）和所述焊接下板（502）左右两侧设置有压板边（503），所述压板边（503）宽度为3-4cm。
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