簡(jiǎn)述連接技術(shù)在電子封裝中的應(yīng)用(II)

1、先進(jìn)連接技術(shù)在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用關(guān)鍵詞：電子束焊接 活性化焊接 熔化極等離子弧焊接 熔池諧振熔透控制 隨焊沖擊碾壓法 航空 焊接 機(jī)械連接粘接 0前言連接技術(shù)包括焊接技術(shù)、機(jī)械連接技術(shù)和粘接技術(shù)，它是制造技術(shù)的重要組成部分，也是航空飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)制造中不可缺少的技術(shù)。先進(jìn)連接技術(shù)的發(fā)展總是不斷地從毅科技的成果中獲得新的起點(diǎn)。20世紀(jì)初電弧應(yīng)用于焊接產(chǎn)生了電弧焊，在造船、汽車、橋梁、航空航天等工業(yè)，創(chuàng)造出了許多大型焊接結(jié)構(gòu)，使焊接成為一種重要的連接技術(shù)。20世紀(jì)中期，電子束、等離子弧、激光束相繼問(wèn)世，應(yīng)用先進(jìn)焊接技術(shù)研制出了先進(jìn)的焊接結(jié)構(gòu)，如慣性摩擦焊整體壓氣機(jī)轉(zhuǎn)予、電子束焊鍛鑄、鍛一板拼焊機(jī)匣

2、和真空釬焊扇形段整組葉片及蜂窩密封環(huán)結(jié)構(gòu)件等，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、壽命和可靠性，也減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。“大飛機(jī)”計(jì)劃、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ARJ21飛機(jī)“神七”宇宙船、“嫦娥奔月”計(jì)劃、載人航天工程、新一代大型運(yùn)載火箭及新型衛(wèi)星等航空航天型號(hào)的需求，牽引著航空航天焊接技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)焊接技術(shù)在航空航天中的應(yīng)用也必然推動(dòng)航空航天型號(hào)的發(fā)展。1 國(guó)內(nèi)外先進(jìn)連接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1.1先進(jìn)，特種焊接技術(shù)在航空飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)中，焊接技術(shù)已經(jīng)成為主導(dǎo)工藝方法之一。它的進(jìn)步與發(fā)展不僅能減輕飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，而且為航空飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新構(gòu)思提供技術(shù)支持，促進(jìn)航空飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高。111 國(guó)

3、外情況航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中廣泛采用了各種焊接技術(shù)。焊接結(jié)構(gòu)件在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零部件總數(shù)中所占比例已超過(guò)50，焊接的工作量已占發(fā)動(dòng)機(jī)制造總工時(shí)的10左右。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)ill的機(jī)翼支承梁(鋼結(jié)構(gòu))和狂風(fēng)、F14的鈦合金中央翼翼盒、機(jī)翼盒形梁及整體壁板結(jié)構(gòu)等重要的結(jié)構(gòu)上采用了焊接技術(shù)。F 22后機(jī)身前后梁采用了熱等靜壓鈦合金鑄件的電子束焊接結(jié)構(gòu)，原蘇聯(lián)20世紀(jì)60年代研制的米格25機(jī)體結(jié)構(gòu)的80(結(jié)構(gòu)重量)是焊接的，焊縫長(zhǎng)達(dá)4000多m，焊點(diǎn)達(dá)到140萬(wàn)個(gè)。蘇27飛機(jī)，大量采用了鈦合金材料和焊接技術(shù)(60多項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)新)，是其保證飛機(jī)性能和減重的決定性因素。用氬弧焊、電子束焊制造了米格29的機(jī)身整體油箱和

4、米格33的機(jī)頭(含座艙)。該油箱與原蘇聯(lián)皿16鋁合金鉚接油箱相比，減重24。其中，由于1420鋁鋰合金的密度小，減重12(若重新設(shè)計(jì)，可減重15'-'16)；另12是因?yàn)楹附咏Y(jié)構(gòu)省掉了金屬重疊部分、鉚釘、螺栓和密封膠。該油箱可在機(jī)場(chǎng)條件下修理，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)補(bǔ)焊后無(wú)需熱處理工序。俄羅斯nH13 e n JI H H H院士1990年在我國(guó)講學(xué)時(shí)曾說(shuō)過(guò)：“用發(fā)展的眼光看，其前景將出現(xiàn)全焊接結(jié)構(gòu)的飛機(jī)，不僅可省掉重達(dá)幾噸的密封件，更重要的是焊接過(guò)程比鉚接過(guò)程更易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。”表2列出第三代、第四代、第五代飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的典型焊接結(jié)構(gòu)及其焊接方法。112 國(guó)內(nèi)情況20世紀(jì)60年代以

5、來(lái)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的飛機(jī)上采用焊接結(jié)構(gòu)越來(lái)越少，飛機(jī)廠除增添了幾臺(tái)氬弧焊機(jī)(含脈沖氬弧焊)、三相低頻或二次整流點(diǎn)縫焊機(jī)和個(gè)別真空充氬弧焊設(shè)備外，三四十年一切如故，車間及設(shè)備陳舊不堪，技術(shù)水平下降。MD一82飛機(jī)的生產(chǎn)除導(dǎo)管感應(yīng)釬焊和薄板TIG焊、點(diǎn)縫焊外，其余變化不大。引進(jìn)蘇27的生產(chǎn)權(quán)使國(guó)內(nèi)航空界受到極大的震動(dòng)。其機(jī)體的焊接組件部件近千件，涉及的零件近萬(wàn)件，幾乎遍及整個(gè)飛機(jī)機(jī)體。表3為蘇27飛機(jī)的主要焊接結(jié)構(gòu)說(shuō)明。重要的承力構(gòu)件較多地采用了焊接構(gòu)件，如高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼起落架的電子束焊，鈦合金隔框和梁的潛弧焊，2號(hào)油箱鈦合金下壁板和進(jìn)氣道防護(hù)隔柵采用穿透焊，后機(jī)身的鈦合金蒙皮壁板采用TIG焊和點(diǎn)、縫焊，鋁

6、合金、不銹鋼、鈦合金導(dǎo)管采用TIG焊、感應(yīng)釬焊(含現(xiàn)場(chǎng)安裝感應(yīng)釬焊)。通過(guò)建線及材料國(guó)產(chǎn)化階段的攻關(guān)，對(duì)俄羅斯的焊接技術(shù)已基本掌握；在承力框上正以先進(jìn)的EBW取代質(zhì)量較差的潛弧焊工藝，由于免除反復(fù)機(jī)加工一焊接一熱處理的過(guò)程，將明顯地提高生產(chǎn)效率和降低成本。在該型機(jī)的機(jī)載設(shè)備建線階段，除常規(guī)焊接方法外，還有電子束釬焊、擴(kuò)散焊、激光焊、真空釬焊、等離子弧焊及凸焊等工藝。國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)通過(guò)多個(gè)型號(hào)的實(shí)踐，焊接技術(shù)已取得較大的進(jìn)步，許多新工藝如EBW、IFW、VB、自動(dòng)氨弧焊、軌跡氬弧焊和弧焊機(jī)器入、SPFDB、PAW及低應(yīng)力無(wú)變形焊接技術(shù)等均得到了應(yīng)用。但是國(guó)產(chǎn)材料成分及其狀態(tài)的控制以及焊接工藝及其

7、流程尚待完善，仍需積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)及制造的改進(jìn)提供依據(jù)。表4是某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型電子束焊接件匯總。12 機(jī)械連接技術(shù)飛機(jī)機(jī)械連接的工作量仍占機(jī)體制造工作量的20左右，且對(duì)機(jī)械連接技術(shù)提出了更高的要求。機(jī)械連接已發(fā)展為高效、高質(zhì)量、高壽命、高可靠性的機(jī)械連接技術(shù)，包括先進(jìn)高效的自動(dòng)連接裝配技術(shù)、高效高質(zhì)量的自動(dòng)制孔技術(shù)、先進(jìn)多功能高壽命的連接緊固系統(tǒng)技術(shù)、長(zhǎng)壽命的連接技術(shù)和數(shù)字化連接裝配技術(shù)。121 國(guó)外情況自動(dòng)化是裝配連接工藝發(fā)展的重要方向。目前連接裝配機(jī)械化、自動(dòng)化主要體現(xiàn)在制孔自動(dòng)化、鉚接自動(dòng)化、裝配自動(dòng)化；自動(dòng)鉆鉚制孔主要是對(duì)壁板類零件、組件進(jìn)行制孔然后進(jìn)行自動(dòng)鉚接，使用部位主要是

8、金屬結(jié)構(gòu)的壁板類零件；機(jī)器人制孔是解決特殊需要如應(yīng)用于復(fù)合材料零件及自動(dòng)鉆鉚機(jī)制孔不易實(shí)現(xiàn)的部位、或在自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線上使用，具有重復(fù)精度高、生產(chǎn)效率高。美國(guó)格魯門公司于20世紀(jì)70年代初開(kāi)始將用電磁鉚接用于F一14復(fù)合材料制件的鉚接，隨后波音公司又在波音系列飛機(jī)采用磁脈沖鉚接進(jìn)行裝配，包括油箱區(qū)的密封鉚接。在自動(dòng)電磁鉚接方面，有俄羅斯用于殼體結(jié)構(gòu)和圓筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)鉚的自動(dòng)化電磁鉚接；自動(dòng)化裝配系統(tǒng)是采用機(jī)器人、自動(dòng)鉆鉚機(jī)、電磁鉚接動(dòng)力頭等組成的柔性自動(dòng)裝配系統(tǒng)，具有自動(dòng)傳送工件、自動(dòng)測(cè)厚及測(cè)孔、自動(dòng)鉆及緊固件連接等功能，應(yīng)用于翼梁、機(jī)身及尾部等部位組件的裝配。現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)對(duì)緊固件的要求越來(lái)越高

9、，如輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗疲勞、可控預(yù)載、耐高溫、防雷擊、密封性、隱性性及良好的維護(hù)性、安裝方便等。一架飛機(jī)緊固件的造價(jià)占全機(jī)費(fèi)用的35，因此世界各國(guó)都花費(fèi)大精力進(jìn)行各種新型連接系統(tǒng)的研究。在近20年的過(guò)程中，美國(guó)在金屬結(jié)構(gòu)上使用的緊固件主要研制、生產(chǎn)高強(qiáng)緊固件，擴(kuò)大鈦緊固件的應(yīng)用，研制、生產(chǎn)防腐緊固件，特殊用途緊固件研制，著重開(kāi)發(fā)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用緊固件系統(tǒng)，如鉚接用鈦鈮鉚釘(鈦鈮實(shí)心鉚釘、鈦鈮空尾鉚釘、雙金屬鉚釘)系列產(chǎn)品，輕型鈦高鎖螺栓，鈦環(huán)槽釘及干涉鈦環(huán)槽釘系統(tǒng)，鈦合金單面螺紋抽釘、干涉抽釘、特大夾層(35ram)抽釘系統(tǒng)，用于蜂窩結(jié)構(gòu)的可調(diào)予載緊固件系統(tǒng)、復(fù)合材料緊固件系統(tǒng)，并制定了

10、相應(yīng)的宇航標(biāo)準(zhǔn)。122 國(guó)內(nèi)情況目前國(guó)內(nèi)飛機(jī)工廠生產(chǎn)飛機(jī)，其制孔仍以手ISJJ孑L、自動(dòng)進(jìn)給風(fēng)鉆制孔為主，自動(dòng)鉆鉚機(jī)制孔寥寥無(wú)幾，沒(méi)有使用機(jī)器人制孔；雖引進(jìn)了十余臺(tái)自動(dòng)鉆鉚機(jī)，但大多配置的是簡(jiǎn)單的手工托架，限制了自動(dòng)鉆鉚機(jī)的應(yīng)用，還沒(méi)有自動(dòng)電磁鉚接機(jī)及能用于自動(dòng)鉚接的小型化電磁鉚接動(dòng)力頭。在飛機(jī)使用的輕質(zhì)鈦合金緊固件上有了較大發(fā)展，已研制出了鈦螺栓、鈦高鎖螺栓、鈦環(huán)槽釘及鈦單面螺紋抽釘?shù)犬a(chǎn)品，基本上滿足間隙配合連接裝配的需要，但先進(jìn)緊固件的種類以及新品種、多功能、特殊用途、干涉連接系統(tǒng)與國(guó)外有較大差距，如防腐緊固件、蜂窩結(jié)構(gòu)用可調(diào)緊固件、復(fù)材結(jié)構(gòu)干涉緊固件、高性能復(fù)合材料緊固件及復(fù)合功能緊固件

11、系統(tǒng)等仍是空白。在金屬結(jié)構(gòu)上使用的孔強(qiáng)化、干涉連接技術(shù)基本達(dá)到與國(guó)外相同水平；但在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接上，干涉配合連接技術(shù)仍處于研究階段。國(guó)內(nèi)開(kāi)展了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉環(huán)槽緊固系統(tǒng)；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉電磁鉚接、干涉環(huán)槽緊固系統(tǒng)連接技術(shù)、復(fù)合材料自動(dòng)鉆孔工藝及磁脈沖鉚接技術(shù)研究。13 粘接結(jié)構(gòu)件制造技術(shù) 粘接技術(shù)可用于連接不同材料、不同厚度、二層或多層結(jié)構(gòu)。粘接結(jié)構(gòu)重量輕：密封性能好，抗聲振和顫振的性能突出。膠層能阻止裂紋的擴(kuò)展，具有優(yōu)異的耐疲勞性能，此外粘接結(jié)構(gòu)制造成本和維修成本低。粘接、蜂窩粘接結(jié)構(gòu)及金屬層板結(jié)構(gòu)在大型飛機(jī)上的應(yīng)用前途寬廣。131 國(guó)外情況英國(guó)在1946年采用了全金屬粘接技術(shù)制造了世界

12、上第一架有鋁合金粘接結(jié)構(gòu)的鴿子號(hào)(Dove)支線客機(jī)。隨后在很多支線客機(jī)上得到推廣應(yīng)用(如J卜340支線客機(jī))，1978年投產(chǎn)的BAe146客機(jī)大量采用了粘接結(jié)構(gòu)，到1986年BAe-146飛機(jī)已安全飛行了12萬(wàn)h。美國(guó)生產(chǎn)的卜1011飛機(jī)的增壓客艙全部采用了大型的粘接整體壁板，機(jī)身增壓艙直徑大部分為6m，全長(zhǎng)46m，由五個(gè)筒形艙組成，劃分為27塊大型粘接壁板。全金屬粘接技術(shù)在L 1011飛機(jī)上得到了充分發(fā)揮。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，波音757、767客機(jī)也都采用大量的鈑金粘接結(jié)構(gòu)。金屬蜂窩夾層粘接結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)始于美國(guó)，美國(guó)研制的B一58轟炸機(jī)，蜂窩夾層粘接結(jié)構(gòu)占機(jī)體表面積85，比鉚

13、接結(jié)構(gòu)減重30。通過(guò)20世紀(jì)70年代美國(guó)實(shí)施PABST計(jì)劃，徹底解決了粘接蜂窩結(jié)構(gòu)耐腐蝕的問(wèn)題，形成了新一代的耐久粘接技術(shù)，80年代在F一16飛機(jī)粘接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中，為進(jìn)一步提高產(chǎn)品的精度和產(chǎn)品合格率實(shí)施了“工藝現(xiàn)代化計(jì)劃”，革新制造環(huán)境，包括制造工藝，質(zhì)量保證及生產(chǎn)管理，上述計(jì)劃實(shí)施后，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)關(guān)鍵工序?qū)嵭辛擞?jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。利用粘接技術(shù)將各向同性的鋁合金(含鋁鋰合金)薄板與各向異性的纖維復(fù)合材料結(jié)合起來(lái)，可以得到兼具二者優(yōu)點(diǎn)又克服各自缺點(diǎn)的新型結(jié)構(gòu)材料纖維鋁合金復(fù)合層板粘接結(jié)構(gòu)，基于芳綸纖維的復(fù)合層板稱為A黜址L結(jié)構(gòu)，基于玻璃纖維的稱為GLAR

14、E結(jié)構(gòu)。金屬?gòu)?fù)合層板的特點(diǎn)：較好的耐疲勞性能、損傷容限高，以及較高的剩余強(qiáng)度，從而可減少蒙皮的厚度，因此可比同類鋁合金結(jié)構(gòu)重量輕2333；可采用傳統(tǒng)的粘接工藝和成形加工設(shè)備，制造成本低于復(fù)合材料；對(duì)疲勞壽命2030年的飛機(jī)而言，具有優(yōu)異的耐疲勞性能和很高的損傷容限特性的金屬?gòu)?fù)合層板結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)全壽命周期免維護(hù)目標(biāo)，大大減少了維修費(fèi)用。GLARE層板具有比ARALL層板更好的損傷容限和更寬的應(yīng)用范圍，ARALL層板的芳綸纖維抗壓性能差，在循環(huán)壓應(yīng)力作用上容易斷裂，因此，ARAIJ，層板只能用做機(jī)翼下蒙皮，而不適合用做機(jī)身蒙皮，GLARE層板結(jié)構(gòu)不存在這個(gè)問(wèn)題。Airbus公司正在研制的A380大

15、型寬體客機(jī)(550660座)將采用GLARE制造機(jī)身上壁板，包括整個(gè)客艙的上半部分，比采用鋁合金板減重800kg。預(yù)示著復(fù)合層板在大型軍、民用運(yùn)輸機(jī)上將有較好的應(yīng)用前景。132 國(guó)內(nèi)情況20世紀(jì)50年代末開(kāi)始研制飛機(jī)金屬粘接結(jié)構(gòu)；60年代中期在殲擊機(jī)上大面積采用粘接無(wú)孔鋁蜂窩結(jié)構(gòu)；70年代研制成垂尾全金屬粘接壁板，全粘接壁板；80年代耐久粘接結(jié)構(gòu)技術(shù)已獲得基本突破；90年代先進(jìn)粘接體系已基本形成。J116J117耐久膠粘劑體系滿足美國(guó)AMS3895標(biāo)準(zhǔn)?！熬盼濉逼陂g研制成重要的耐久、耐高溫飛機(jī)鋁合金蜂窩夾層結(jié)構(gòu)前緣機(jī)動(dòng)襟翼。另外，還開(kāi)發(fā)了金屬粘接層板及纖維增強(qiáng)鋁合金粘接層板(含ARALL層板)

16、結(jié)構(gòu)制造技術(shù)。并已在垂尾上試用；許多工廠承擔(dān)了國(guó)外客機(jī)粘接結(jié)構(gòu)零部件轉(zhuǎn)包生產(chǎn)。金屬粘接蜂窩結(jié)構(gòu)及纖維增強(qiáng)鋁合金粘接層板是一項(xiàng)高性能低成本制造技術(shù)，國(guó)內(nèi)制造能力基本具備，應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用推廣，尤其是大型飛機(jī)上的應(yīng)用。2 航空航天焊接若干新技術(shù)進(jìn)展1.1 電子束焊接新進(jìn)展電子束焊接是航空航天產(chǎn)品的主要焊接方法之一。近年來(lái)，為應(yīng)對(duì)激光焊接的競(jìng)爭(zhēng)壓力，實(shí)現(xiàn)低成本高質(zhì)量的焊接，電子束焊接產(chǎn)生了一些新的概念和進(jìn)展。主要是圍繞著電子束焊接設(shè)備及控制、同種及異種材料焊接工藝、電子束焊接理論及焊接冶金及表面加工這4方面展開(kāi)的。1.1.1 使用LockLoad技術(shù)的新的真空系統(tǒng)抽真空的閑置時(shí)間限制了電子束焊接的效率，小

17、真空室抽真空時(shí)間為40s，中型為300s，大型為3000s。以小型件焊接時(shí)間10s計(jì)，閑置時(shí)間占生產(chǎn)周期的80。為提高焊接效率，最近新開(kāi)發(fā)了LockLoad技術(shù)，允許抽真空和焊接同時(shí)進(jìn)行，如圖1所示。1.1.2 高速偏轉(zhuǎn)多束技術(shù)多束技術(shù)是指從一個(gè)源產(chǎn)生的一束電子，以極快的速度在不同的位置之間跳躍，由于熱慣性的存在，就好像同時(shí)有多束電子束作用，如圖2所示。多束技術(shù)根據(jù)焊點(diǎn)的位置和能量的不同，又分為多熔池焊接、多道焊接、多工藝焊接，分別如圖3所示。多束技術(shù)的應(yīng)用有4個(gè)位置同時(shí)焊接發(fā)動(dòng)機(jī)的銅線圈：緊挨著的三束電子焊接鑄鋁無(wú)氣孔；抑制熱裂紋；在線焊縫跟蹤：對(duì)稱焊接減少熱變形。2活性化焊接活性化焊接最早

18、是由烏克蘭巴頓電子焊接研究所(PWI)于20世紀(jì)60年代研制的一種新的TIG焊方法一ATIG焊。這種方法能很好地克服了普通TIG焊方法熔深淺、對(duì)材料成分敏感的缺點(diǎn)。ATIG焊中，焊接之前在材料表面涂敷一薄層活性劑，結(jié)果熔深有了較大的增加。與普通TIG焊方法相比，相同的焊接參數(shù)，活性劑能使熔深增加200300，焊接時(shí)間減少50，焊接效率提高26倍，焊接成本也減少。活性化TIG焊技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，如美國(guó)愛(ài)迪生焊接研究所(EWD、美國(guó)LIBURDI公司、英國(guó)焊接研究所(TWI)、烏克蘭巴頓焊接研究所(PWD、日本大阪大學(xué)、以及德國(guó)、巴西及法國(guó)等大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，針對(duì)不銹鋼、鎳基合金、銅

19、鎳合金、碳鋼、超雙相鋼和鈦合金等進(jìn)行了研究，并已在許多產(chǎn)品上應(yīng)用。活性劑配方是ATIG焊的關(guān)鍵技術(shù)。目前常用的活性劑成分主要有氧化物、氯化物和氟化物。不同的材料，其適用的活性劑成分不同。3熔化極等離子弧焊接技術(shù)熔化極等離子弧(Plasma-MIG)焊接工藝早在20世紀(jì)70年代就被提出，但受當(dāng)時(shí)電源技術(shù)的限制沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。這一問(wèn)題在90年代末得到了解決，目前德國(guó)首先開(kāi)展這方面的研究和應(yīng)用工作。這種工藝綜合了熔化極氣體保護(hù)焊和等離子弧焊的優(yōu)點(diǎn)，非常適宜鋁鎂等輕金屬及合金的焊接。在焊接薄板時(shí)，可以高速焊(例如對(duì)2mm鋁板，焊接速度可達(dá)3000mmmin，是常規(guī)焊接工藝的10倍，與激光焊速度相當(dāng)，而且

20、焊縫質(zhì)量好，變形小)；頭區(qū)的充分清理作用，所以焊縫中氣孔缺陷明顯較少。圖5是熔化極等離子弧焊接的原理及焊縫照片，將熔化極氣體保護(hù)焊與等離子弧焊接結(jié)合到一起。在熔化極電弧之外，包圍著一個(gè)壓縮的等離子弧。熔滴過(guò)渡平穩(wěn)，飛濺很少。等離子弧對(duì)焊件有陰極清理作用，使焊縫質(zhì)量提高，缺陷較少，尤其是氣孔缺陷明顯減少。其技術(shù)關(guān)鍵為焊槍的設(shè)計(jì)和制作，以及焊接電源的匹配及控制。4 TIG焊焊接過(guò)程質(zhì)量控制熔池振蕩檢測(cè)方法由于將檢測(cè)信息直接與熔池尺寸相聯(lián)系而受到關(guān)注。熔池諧振檢測(cè)法采用了一種變動(dòng)焊接電流，誘發(fā)熔池金屬產(chǎn)生振蕩，在焊接熔池長(zhǎng)大過(guò)程的每一時(shí)刻，熔池固有振蕩頻率都在變化，一旦熔池長(zhǎng)大到某一尺寸，其固有振蕩

21、頻率和變動(dòng)電流的頻率相一致，則熔池產(chǎn)生諧振，諧振信號(hào)通過(guò)電弧長(zhǎng)度及電弧電壓或弧光強(qiáng)度的變化被檢測(cè)得到。這樣就可以提取到焊接熔池振蕩頻率和變動(dòng)電流頻率相一致時(shí)的熔池尺寸信息，進(jìn)而進(jìn)行反饋控制。其原理分別如圖6圖10所示。薄壁TIG焊焊縫成形熔透實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)已應(yīng)用于某新型發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金部件的自動(dòng)控制焊接，實(shí)現(xiàn)良好的單面焊雙面成形。5 隨焊沖擊碾壓法控制應(yīng)力變形防止熱裂紋51工作過(guò)程圖1l是隨焊沖擊碾壓裝置結(jié)構(gòu)圖，氣錘沖擊活塞在壓縮空氣的推動(dòng)下，在氣缸中上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞向下沖擊時(shí)，在行程的末端受到?jīng)_擊傳力桿的阻擋，在接觸的瞬間，將能量傳遞給沖擊傳力桿：這時(shí)氣流換向，活塞開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始下一個(gè)沖擊

22、循環(huán)：而沖擊傳力桿將帶動(dòng)沖擊碾壓輪后座一起向下沖擊。沖擊力通過(guò)沖擊碾壓輪后座與沖擊碾壓輪之間的配合曲面?zhèn)鬟f到前后沖擊碾壓輪，并最終作用到被焊件上。工作時(shí)，隨焊沖擊碾壓機(jī)構(gòu)緊緊跟隨在焊接電弧后面，并與焊槍同步運(yùn)動(dòng)。52控制應(yīng)力變形防止熱裂紋的原理圖12為在前后沖擊碾壓輪作用下焊件中橫向塑性應(yīng)變的分布圖，圖13所示為橫向塑性應(yīng)變沿焊件橫截面的分布，圖14所示為在前后輪沖擊碾壓作用之后，縱向塑性應(yīng)變沿焊件橫截面的分布。由圖14可知，前后輪經(jīng)過(guò)以后，焊縫區(qū)縱向和橫向壓縮塑性變形都被充分延展，趨于均勻化，這必然會(huì)降低焊件焊后殘余應(yīng)力和變形。53控制應(yīng)力變形防止熱裂紋的試驗(yàn)結(jié)果常規(guī)焊縫中出現(xiàn)了貫穿全長(zhǎng)的熱

23、裂紋，而隨焊沖擊碾壓后的焊縫中沒(méi)有出現(xiàn)熱裂紋。隨焊沖擊碾壓后焊縫表面平整光滑，這會(huì)增大焊趾過(guò)渡半徑，降低幾何缺口效應(yīng)的影響，緩解焊趾處的應(yīng)力集中，有助于提高接頭的拉伸、疲勞等力學(xué)性能。對(duì)于平面封閉焊縫，常規(guī)焊接試件出現(xiàn)了非常大的“馬鞍形”變形，隨焊沖擊碾壓試件變形大大減小。經(jīng)測(cè)量常規(guī)焊接試件的最大變形量達(dá)2893mm。當(dāng)氣錘壓力達(dá)到067MPa時(shí)，隨焊沖擊碾壓試件最大變形量只有234mm，僅為常規(guī)焊接情況的112左右。常規(guī)焊接試件焊縫附近存在較大的拉應(yīng)力，而在焊縫外側(cè)迅速下降為較大的壓應(yīng)力。隨焊沖擊碾壓之后，由于沖擊碾壓輪的延展作用，使得焊縫中心部位的拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)，焊縫外側(cè)的壓應(yīng)力峰值

24、大大降低，如圖15、16所示。另外，隨焊沖擊碾壓焊縫晶粒明顯細(xì)化，結(jié)晶的方向性也沒(méi)有常規(guī)焊縫那么明顯。焊縫中無(wú)論是氣孔的數(shù)量還是單個(gè)氣孔的體積都明顯減少了，焊縫區(qū)組織更加致密。隨焊沖擊碾壓接頭抗拉強(qiáng)度提高了17左右，伸長(zhǎng)率提高了73，彎曲應(yīng)力提高了11左右，彎曲角大約提高了50，疲勞壽命達(dá)常規(guī)焊接接頭的23倍，接頭的斷裂位置也由常規(guī)焊接接頭的焊趾部位轉(zhuǎn)移到焊縫部位。接頭區(qū)特別是焊縫中心和焊趾部位硬度也有了明顯提高，表明接頭軟化區(qū)重新得到強(qiáng)化?？傊?，隨焊沖擊碾壓能夠同時(shí)提高接頭的強(qiáng)度和塑性，強(qiáng)化接頭原本薄弱的焊趾部位，使接頭性能趨于均勻化，提高了接頭的整體性能。6結(jié)束語(yǔ)我國(guó)正在從航天大國(guó)向航天強(qiáng)

25、國(guó)快速發(fā)展，航天產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，性能要求越來(lái)越高，迫切需要?jiǎng)?chuàng)造焊接和連接的新方法、新工藝、新技術(shù)。紹的若隨著飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)減重、提高性能的需要，先進(jìn)及特種焊接技術(shù)、先進(jìn)粘接技術(shù)、高質(zhì)量機(jī)械連接技術(shù)等先進(jìn)連接技術(shù)起著越來(lái)越重要的作用。相信中國(guó)航空焊接，連接技術(shù)在需求牽引，技術(shù)推動(dòng)的相互作用下，一定會(huì)取得快速進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1 Dietrich von Dobeneck，Thorsten LowerEconomizing electron beam weldingTodayS state of the art and trends of development航空制造技術(shù)，2004，增刊(253)：12192Dietrich von Dobeneck，Thorsten LowerVolker AdamElektronenstrahlschweibenGermany：verlag moderne industrie，20013劉風(fēng)堯不銹鋼和鈦合金活性劑焊接和熔深增加機(jī)理的研究：【博士學(xué)位論文】哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，20034 UDilthey，LSte