CN117709178B - 提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法 - Google Patents
提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117709178B CN117709178B CN202410167765.8A CN202410167765A CN117709178B CN 117709178 B CN117709178 B CN 117709178B CN 202410167765 A CN202410167765 A CN 202410167765A CN 117709178 B CN117709178 B CN 117709178B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bottom plate
- wallboard
- shot
- shot peening
- welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 claims description 48
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 23
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 12
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 12
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 229910001148 Al-Li alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/25—Design optimisation, verification or simulation using particle-based methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
- C25D11/08—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used containing inorganic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/16—Pretreatment, e.g. desmutting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
- C25D11/24—Chemical after-treatment
- C25D11/246—Chemical after-treatment for sealing layers
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/24—Sheet material
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/28—Fuselage, exterior or interior
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Geometry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
本发明提供了一种提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，包括以下步骤：将筋板与底板焊接形成具有T型焊接接头的焊接带筋壁板；观察T型焊接接头横截面的组织金相，分别确定热影响区、热力影响区以及焊核区的边界尺寸；根据热影响区、热力影响区以及焊核区的边界尺寸确定待喷丸强化区域的尺寸，对待喷丸强化区域进行喷丸处理。本发明提出建立了焊接带筋壁板焊缝区金相组织与待喷丸强化区域及参数的对应关系，获得了一种能够提高焊接带筋壁板疲劳寿命且低成本的制造方法，其中疲劳性能可提高1‑2倍，可以为航空器轻量化、低成本、高可靠性制造提供一种全新工艺路线，提升零件疲劳强度，进而提升装备质量与性能，具有较大经济及社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及金属焊接与表面改性技术领域，更具体地说，涉及一种提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法。
背景技术
壁板类零件是构成飞机气动外形的主承力构件，新一代先进飞机要求具有良好气动性能的同时要尽量减轻重量。机身壁板是机身的主体结构，占机身结构重量的40-60%，其结构减重对机体制造至关重要。
目前壁板类构件可用的制造方法包括铆接/螺接组合式壁板、焊接整体壁板、机加整体壁板、挤压整体壁板。其中，铆接/螺接组合式壁板存在结构重量系数大、密封性差、生产工序多、装配效率低等不足；机加整体壁板材料利用率低，约为9%，且由于机身蒙皮较薄，机加后变形严重，通常不适用于机身结构；挤压整体壁板材料利用率较高，约为90%以上，然而目前可实现挤压宽度约为700mm，无法满足机身壁板大幅宽（约为2m）的要求；铝锂合金焊接整体壁板是采用新型轻质材料的新型轻质结构（采用焊接的方式将蒙皮与长桁连接成一个整体），其材料利用高，可达90%以上，可有效解决传统铆接/螺接组合式壁板的不足。
静轴肩搅拌摩擦焊接技术（Stationary shoulder friction stir welding，SSFSW），是一种在传统搅拌摩擦焊接基础上发展的新型固相焊接方法，具有组织均匀、接头强度高等技术优势。焊接过程中轴肩不旋转，紧贴焊缝表面移动，而位于轴肩中心的搅拌针高速旋转，并与工件相互作用（如图1.c）。基于其“焊接过程中轴肩不旋转”的技术特点，轴肩可以根据焊接接头结构进行仿型设计（不必设计为传统的旋转轴对称结构），使T形接头搅拌摩擦焊接成为可能。
三种蒙皮与长桁连接方式如图1所示，其中铆接（图1.a）涉及到制孔、锪窝、涂胶、墩头等若干工序以及相应的工具、工装和设备，工作量巨大，系统性质量控制繁琐。搅拌摩擦搭接焊（图1.b）为常规搅拌摩擦焊，其焊后搭接界面未焊合区域难以进行防腐处理，为后续长寿命复杂载荷服役造成安全隐患（见图2）。T形接头静轴肩搅拌摩擦焊技术则可以克服传统搭接结构界面畸变、冷搭接缺陷、腐蚀防护等一系列问题，同时发挥搅拌摩擦焊的热输入低、变形小、接头性能高、对高强铝合金适应性好等优势，在技术方案和服役性能方面具有显著优势。
喷丸强化是提高金属材料疲劳抗力的重要表面强化技术方法，采用合理的喷丸工艺参数能够达到显著改善铝合金等金属材料抗疲劳性能的目的。喷丸强化工艺参数需要根据目标零件的材料、结构特征、表面质量、受力状态等多种因素综合考虑制定。喷丸强化工艺参数设置适合与否直接影响材料疲劳寿命。不恰当的喷丸强化参数会导致材料疲劳寿命下降，对于薄壁零件会产生额外变形。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是现有的焊接带筋壁板的疲劳寿命较低。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，包括以下步骤：
将筋板与底板焊接形成具有T型焊接接头的焊接带筋壁板；
依据所述T型焊接接头的横截面的组织金相，分别确定热影响区、热力影响区以及焊核区的边界尺寸；
根据热影响区、热力影响区以及焊核区的边界尺寸确定待喷丸强化区域的尺寸，其中所述待喷丸强化区域由位于所述底板上的第一强化区和位于所述筋板上的第二强化区连接形成，所述第一强化区和所述第二强化区的边界尺寸通过以下公式确定：
，
，
上式中，A S 为第一强化区的端点与底板侧面之间的距离，B S 为第二强化区的端点与筋板侧面之间的距离，A 0 为底板侧面与筋板侧面之间的距离，B 0 为筋板端面与底板顶面之间的距离，A 1 为焊合区位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B 1 为焊合区位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离，A 2 为热力影响区位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B 2 为热力影响区位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离，A M 为热影响区位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B M 为热影响区位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离；
对所述待喷丸强化区域进行喷丸处理，形成喷丸强化焊接壁板。
优选地，所述喷丸处理中，喷丸强度值S=0.2H/T2，其中，H为焊核区在底板上的深度，T2为底板的厚度。
优选地，所述筋板与所述底板的连接处设有圆弧角，所述圆弧角的半径为R，所述喷丸强化中喷出弹丸的直径。
优选地，还包括以下步骤：
对所述喷丸强化焊接壁板进行表面清洁；
表面清洁完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行阳极化处理。
优选地，使用酒精或丙酮对所述喷丸强化焊接壁板进行表面清洁。
优选地，所述阳极化处理具体包括以下步骤：
对所述喷丸强化焊接壁板进行碱腐蚀；
碱腐蚀完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行酸洗；
酸洗完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行阳极氧化；
阳极氧化完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行封闭处理。
优选地，将所述喷丸强化焊接壁板浸泡在浓度为40~60g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，碱腐蚀深度为8~15μm。
优选地，在浓度为300~500g/L的硝酸溶液中进行酸洗，室温下出光，直至表面光亮后完成酸洗。
优选地，在浓度为30.5g/L~52g/L的硫酸与浓度为5.2g/L~10.7g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化。
优选地，在浓度为5~30g/L的重铬酸钾溶液中，100℃温度下对所述喷丸强化焊接壁板进行封闭处理15~20min。
（三）有益效果
本发明的上述技术方案至少具有如下优点：
1、本发明提出建立了焊接带筋壁板焊缝区金相组织与待喷丸强化区域及参数的对应关系，获得了一种能够提高焊接带筋壁板疲劳寿命且低成本的制造方法，其中疲劳性能可提高1-2倍，可以为航空器轻量化、低成本、高可靠性制造提供一种全新工艺路线，提升零件疲劳强度，进而提升装备质量与性能，具有较大经济及社会效益。
2、通过合理规划待喷丸强化区域的位置，确定合理的喷丸强化范围，避免部分区域过度强化，导致材料疲劳寿命下降。同时，精确确定待喷丸强化区域的范围，避免大范围进行喷丸强化，降低工艺成本，提高生产效率和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中焊接带筋壁板的典型连接方式。
图2是本发明实施例提供的焊接带筋壁板的结构爆炸图。
图3是本发明实施例提供的焊接带筋壁板的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的T型焊接接头的组织金相区域划分图。
图5是本发明实施例提供的T型焊接接头的组织金相区域的尺寸标注图。
图6是本发明实施例提供的待喷丸强化区域的位置示意图。
图7是本发明实施例提供的待喷丸强化区域的圆角位置示意图。
图8是本发明提供的一具体实施例的尺寸标注图。
图9是本发明实施例提供的不同工艺条件下2A97铝锂合金搅拌摩擦焊横向接头的疲劳寿命测试结果图。
图中各附图标记为：
0、焊接带筋壁板；0-1、筋板；0-2、底板；1-1、母材区；1-2、热影响区；1-3、热力影响区；1-4、焊核区。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：
如图2、图3、图4、图5以及图6所示，本发明实施例提供一种提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，包括以下步骤：
S100、将筋板0-1与底板0-2焊接形成具有T型焊接接头的焊接带筋壁板0；
S200、观察T型焊接接头横截面的组织金相，分别确定母材区1-1、热影响区1-2、热力影响区1-3以及焊核区1-4的边界尺寸；
S300、对待喷丸强化区域进行喷丸处理，形成喷丸强化焊接壁板。
具体地，步骤S200中，将带筋壁板0两侧距端头10-20mm处沿截面切开，利用光学显微镜对横截面进行金相观察。T型焊接接头的微观组织分为以下四个区域：母材区1-1、热影响区1-2、热力影响区1-3和焊核区1-4。未受到热力耦合作用的母材区1-1，仍保持原始轧制过程中形成的板条状组织。焊核区1-4金属经历高温摩擦热循环，以及搅拌头的剧烈机械搅拌双重作用，发生充分的再结晶，形成细小的等轴再结晶晶粒，细晶强化作用较强。同时焊核区1-4的第二相粒子受到最剧烈的机械搅拌破碎作用，呈细小弥散分布，第二相粒子弥散强化明显提升。热力影响区1-3金属材料受到摩擦热循环和塑性软化金属流动剪切力作用，发生部分再结晶，部分晶粒沿剪切力方向发生弯曲拉长变形，形成细小等轴再结晶晶粒和拉长弯曲变形组织相间的微观组织形貌。热影响区1-2金属仅受到摩擦热循环作用，母材的原始板条状组织沿短向发生长大，板条状组织发生明显的粗化；第二相粒子发生固溶沿晶界析出，弱化了晶界。
根据热影响区1-2、热力影响区1-3以及焊核区1-4的边界尺寸确定待喷丸强化区域的尺寸，其中待喷丸强化区域由位于底板上的第一强化区和位于筋板上的第二强化区连接形成，具体地，图6中加粗线条部分为待喷丸强化区域。第一强化区和第二强化区的边界尺寸通过以下公式确定：
，
，
上式中，A S 为第一强化区的端点与底板侧面之间的距离，B S 为第二强化区的端点与筋板侧面之间的距离，A 0 为底板侧面与筋板侧面之间的距离，B 0 为筋板端面与底板顶面之间的距离，A 1 为焊合区1-4位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B 1 为焊合区1-4位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离，A 2 为热力影响区1-3位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B 2 为热力影响区1-3位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离，A M 为热影响区1-2位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B M 为热影响区1-2位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离。
优选地，喷丸处理中，喷丸强度值S=0.2H/T2，单位为mmA。其中，H为焊核区1-4在底板上的深度，T2为底板的厚度。
优选地，如图7所示，筋板0-1与底板0-2的连接处设有圆弧角，圆弧角的半径为R，喷丸强化中喷出弹丸的直径。
优选地，还包括以下步骤：
对喷丸强化焊接壁板进行表面清洁；
表面清洁完成后，对喷丸强化焊接壁板进行阳极化处理。
优选地，使用酒精或丙酮对喷丸强化焊接壁板进行表面清洁。
优选地，阳极化处理具体包括以下步骤：
对喷丸强化焊接壁板进行碱腐蚀；
碱腐蚀完成后，对喷丸强化焊接壁板进行酸洗；
酸洗完成后，对喷丸强化焊接壁板进行阳极氧化；
阳极氧化完成后，对喷丸强化焊接壁板进行封闭处理。
优选地，将喷丸强化焊接壁板浸泡在浓度为40~60g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，碱腐蚀深度为8~15μm。
优选地，在浓度为300~500g/L的硝酸溶液中进行酸洗，室温下出光，直至表面光亮后完成酸洗。
优选地，在浓度为30.5g/L~52g/L的硫酸与浓度为5.2g/L~10.7g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化。具体地，在进行阳极氧化过程中，全程控制硫酸和硼酸的浓度在对应的浓度范围内。
优选地，在浓度为5~30g/L的重铬酸钾溶液中，100℃温度下对喷丸强化焊接壁板进行封闭处理15~20min。
以下为本申请提供的一具体实施例：
采用搅拌摩擦焊工艺制备2A97铝锂合金带筋壁板结构试验件，获得喷丸强化工艺参数，零件尺寸和待喷丸强化区域的位置如图8所示。分别对比是否经过阳极化处理的接头疲劳性能数据，如图9所示。可知，仅喷丸上表面焊缝及其热影响区，相同应力下（190Mpa），与搅拌摩擦焊焊态相比，经硼硫酸阳极氧化后疲劳寿命降低约44%；经喷丸强化后，疲劳寿命提高约112%；经喷丸强化+硼硫酸阳极氧化后，疲劳寿命提高约99.17%。因此，通过对焊缝及其热影响区进行合理参数的喷丸强化，可有效提高焊接带筋结构全制造流程后抗疲劳性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
将筋板与底板焊接形成具有T型焊接接头的焊接带筋壁板；
依据所述T型焊接接头的横截面的组织金相，分别确定热影响区、热力影响区以及焊核区的边界尺寸；
根据热影响区、热力影响区以及焊核区的边界尺寸确定待喷丸强化区域的尺寸，其中所述待喷丸强化区域由位于所述底板上的第一强化区和位于所述筋板上的第二强化区连接形成，所述第一强化区和所述第二强化区的边界尺寸通过：
，
，
上式中，A S 为第一强化区的端点与底板侧面之间的距离，B S 为第二强化区的端点与筋板侧面之间的距离，A 0 为底板侧面与筋板侧面之间的距离，B 0 为筋板端面与底板顶面之间的距离，A 1 为焊合区位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B 1 为焊合区位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离，A 2 为热力影响区位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B 2 为热力影响区位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离，A M 为热影响区位于底板上的端点与筋板侧面之间的距离，B M 为热影响区位于筋板上的端点与底板顶面之间的距离；
对所述待喷丸强化区域进行喷丸处理，形成喷丸强化焊接壁板。
2.如权利要求1所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，所述喷丸处理中，喷丸强度值S=0.2H/T2，其中，H为焊核区在底板上的深度，T2为底板的厚度。
3.如权利要求1所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，所述筋板与所述底板的连接处设有圆弧角，所述圆弧角的半径为R，所述喷丸强化中喷出弹丸的直径。
4.如权利要求1所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对所述喷丸强化焊接壁板进行表面清洁；
表面清洁完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行阳极化处理。
5.如权利要求4所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，使用酒精或丙酮对所述喷丸强化焊接壁板进行表面清洁。
6.如权利要求4所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，所述阳极化处理具体包括以下步骤：
对所述喷丸强化焊接壁板进行碱腐蚀；
碱腐蚀完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行酸洗；
酸洗完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行阳极氧化；
阳极氧化完成后，对所述喷丸强化焊接壁板进行封闭处理。
7.如权利要求6所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，将所述喷丸强化焊接壁板浸泡在浓度为40~60g/L的氢氧化钠溶液中进行碱腐蚀，碱腐蚀深度为8~15μm。
8.如权利要求6所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，在浓度为300~500g/L的硝酸溶液中进行酸洗，室温下出光，直至表面光亮后完成酸洗。
9.如权利要求6所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，在浓度为30.5g/L~52g/L的硫酸与浓度为5.2g/L~10.7g/L硼酸的混合溶液中进行阳极氧化。
10.如权利要求6所述的提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法，其特征在于，在浓度为5~30g/L的重铬酸钾溶液中，100℃温度下对所述喷丸强化焊接壁板进行封闭处理15~20min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410167765.8A CN117709178B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410167765.8A CN117709178B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117709178A CN117709178A (zh) | 2024-03-15 |
| CN117709178B true CN117709178B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=90152025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410167765.8A Active CN117709178B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117709178B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110479767A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-22 | 安徽马钢重型机械制造有限公司 | 一种拉矫机底座及生产方法 |
| CN112318067A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-05 | 西北工业大学 | 一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具装置及设计方法 |
| CN114011958A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-08 | 中国航空制造技术研究院 | 提高带筋整体壁板疲劳寿命的喷丸成形方法 |
| CN115186396A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-10-14 | 北京工业大学 | 喷丸搅拌摩擦焊接头疲劳载荷下薄弱区域残余应力强度因子估算方法 |
-
2024
- 2024-02-06 CN CN202410167765.8A patent/CN117709178B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110479767A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-22 | 安徽马钢重型机械制造有限公司 | 一种拉矫机底座及生产方法 |
| CN112318067A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-02-05 | 西北工业大学 | 一种蠕变时效成形大型复杂曲率构件的模具装置及设计方法 |
| CN114011958A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-08 | 中国航空制造技术研究院 | 提高带筋整体壁板疲劳寿命的喷丸成形方法 |
| CN115186396A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-10-14 | 北京工业大学 | 喷丸搅拌摩擦焊接头疲劳载荷下薄弱区域残余应力强度因子估算方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 16MnR焊接接头高能喷丸表面强化的研究;张罡;孙苑;赵秀娟;陈鼎;陈春换;任瑞铭;;新技术新工艺;20100825(08);全文 * |
| Research on the process of stretch forming with reconfigurable tooling;Xuepiao Bai等;《 2006 International Technology and Innovation Conference (ITIC 2006)》;20090119;第1202-1204页 * |
| 大型构件蠕变时效成形技术研究;湛利华;杨有良;;航空制造技术;20160701(13);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117709178A (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3356294B2 (ja) | 摩擦溶接用金属構成要素 | |
| Mori et al. | Joining by plastic deformation | |
| US10843291B2 (en) | Welding in preparation for superplastic forming | |
| Venkateswarulu et al. | Influence of water cooling and post-weld ageing on mechanical and microstructural properties of the friction-stir welded 6061 aluminium alloy joints | |
| CN103486363B (zh) | 一种等径焊接对接的铝合金管道 | |
| Xian et al. | Single-sided joining of aluminum alloys using friction self-piercing riveting (F-SPR) process | |
| Wu et al. | Carbon emission modeling and mechanical properties of laser, arc and laser–arc hybrid welded aluminum alloy joints | |
| CN117709178B (zh) | 提高焊接带筋壁板疲劳寿命的加工方法 | |
| Shan et al. | Friction stud riveting (FSR) of thick high-strength aluminum alloy structure | |
| Wang et al. | Interactive effects of porosity and microstructure on strength of 6063 aluminum alloy CMT MIX+ Synchropulse welded joint | |
| CN110895634B (zh) | 一种面向精确变形控制的2.5mm厚度铝锂合金T型接头焊接结构集成模拟方法 | |
| CN103464914B (zh) | 一种相同直径铝合金管道的焊接连接方法 | |
| Kasaei et al. | A review on mechanical and metallurgical joining by plastic deformation | |
| CN103464915B (zh) | 一种不同直径铝合金管道的焊接连接方法 | |
| CN115740719A (zh) | 一种腔体结构件对开扩散焊接头及焊接方法 | |
| Fridlyander | Modern Aluminum and Magnesium Alloys and Composite Materials Based on Them. | |
| CN113001127B (zh) | 一种带主动冷却通道蒙皮加工方法和装置 | |
| Zhang et al. | Advances on manufacture methods for wide lightweight aluminium stiffened panels | |
| CN209177239U (zh) | 一种汽车中地板骨架总成 | |
| CN111037097A (zh) | 一种2a97铝锂合金激光摆动焊接方法 | |
| Zhiqiang et al. | Superplastic forming and diffusion bonding: Progress and trends | |
| Zheng et al. | Forming Quality Analysis of Mg-Al Composite Pipes of Multi-Pass Power Spinning | |
| CN212145068U (zh) | 具有振动强化功能的自动焊设备 | |
| Harpur | Applications of Titanium: THE CHESTER BEATTY LECTURE | |
| Guishen et al. | Microstructure and Mechanical Performances Analyses on Probeless Friction Stir Spot Welds of AA6061-T6 Aluminum Sheets |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |