一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接變形控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及翼類結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制方法， 主要解決一種大型薄壁彈翼對接焊制造過程中存在的焊接變形技術(shù)難題。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型尺寸彈翼類結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖1所示，彈翼翼面由翼面前段與翼面后段電 子束焊接對接而成，彈翼根弦長度超過2730_，展寬超過530_，長度較長，裝配對接時稍 有偏差，兩端平面度相差很大；電子束焊接變形相對較小，但要達到零件型面平面度要求為 0. 5_難度非常大。由于此類結(jié)構(gòu)多采用骨架蒙皮焊接結(jié)構(gòu)方式，焊接過程中厚度小的蒙 皮（Imm左右）和厚度大的骨架（30-40_范圍），在焊接過程中極易發(fā)生焊接變形，剛性較 差，同時由于結(jié)構(gòu)件本身的不對稱結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生扭曲變形；并且在退火后由于剛性差、存在 殘余應(yīng)力等原因，在后續(xù)工作中產(chǎn)生較大的變形，所以焊接變形控制是彈翼對接焊接的一 大難題。
[0003]目前，在大型結(jié)構(gòu)件的焊接生產(chǎn)中工藝一般通常采用以下幾種方式進行變形控 制：1.利用反變形來控制焊接變形。但由于零件尺寸不變，造成制造過程中零件無法裝配 或裝配間隙過大，加大了焊接難度和焊接量，不僅無法控制變形，反而會增加變形。2. -般 以結(jié)構(gòu)件中分面為基準(zhǔn)，從下往上、從內(nèi)到外進行裝配焊接，焊接時要求采用對稱焊接。但 對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件，由于不對稱的或收縮較大的焊縫無法自由收縮，不能較好的 控制結(jié)構(gòu)的焊接變形。
[0004] 由于目前常規(guī)采用的工藝措施不能良好的控制大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形，導(dǎo)致大型 結(jié)構(gòu)件的返修量、返修率和返修難度非常大，不僅降低了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，還延長了生 產(chǎn)周期，增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法，就是針對 大型薄壁彈翼對接焊接的難題技術(shù)現(xiàn)狀，在常規(guī)控制變形措施的基礎(chǔ)上，進一步實施可行 的大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制方法。
[0006] 本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法， 該方法包括以下步驟：
[0007]Sl:安裝用于薄壁彈翼對接焊的防變形工裝；所述的防變形工裝包括一個框架以 及框架之間的梁，防變形工裝通過梁以及連接在梁上的頂桿將外翼后段面、外翼前段面周 邊以及外翼后段面、外翼前段面的對接處壓緊；防變形工裝框架的一端內(nèi)側(cè)面，與外翼后 段的端面進行固定，固定后使外翼后段的整個平面處于水平狀態(tài)，框架的另一端內(nèi)側(cè)面通 過螺桿插入外翼前段的端面，固定后使外翼前段的整個平面處于水平狀態(tài)。
[0008]S2 :優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)，對接面處增加支撐塊；外翼后段、外翼前段對接面處的上下接 頭處之間增加支撐塊，支撐塊的上端面位于對接外翼上接頭處之下，支撐塊的下端面位于 對接外翼下接頭處之上，支撐塊與對接的外翼后段、外翼前段通過焊接連接為一體。
[0009]S3:優(yōu)化電子束焊接波形；在電子束焊接鈦合金材料的外翼后段、外翼前段面時， 將電子束掃描波形由圓波改變?yōu)槿遣ā?br>[0010]S4 :完善焊接順序；外翼面首先對稱定位焊，然后再進行正式焊和修飾焊接。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點是：1.工藝裝備夾具（防變形工裝）可反復(fù)使用，對于同尺寸、類 似結(jié)構(gòu)、易于變形的物品均可使用；2、極大的提高了工作效率，有效地控制了彈翼對接焊接 變形，尤其適用于批量化生產(chǎn)。3、通過工藝方法改進，極大的降低了彈翼對接焊接變形量， 提高了焊縫接頭質(zhì)量。
【附圖說明】
[0012] 圖1彈翼對接焊接變形控制夾具用于彈翼上的結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖2對接空腔及支撐板結(jié)構(gòu)示意；
[0014] 圖3彈翼外形測量圖。
[0015] 其中1-外（彈）翼前段，2-前后段待焊接處，3-外（彈）翼后段，4-支撐塊，5-梁， 6-梁上的頂桿。
【具體實施方式】
[0016] 下面對本發(fā)明進一步詳細地描述：
[0017] 本發(fā)明的一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法，該方法包括以下內(nèi)容：
[0018] 1.根據(jù)外翼面外形設(shè)計制造并安裝彈翼防變形工裝。
[0019]防變形工裝包括一個框架以及框架之間的梁，工裝結(jié)構(gòu)簡圖見圖2所示工裝通過 中間的梁以及連接在梁上的若干頂桿對外翼后段面以及外翼前段面進行剛性裝夾，即防變 形工裝根據(jù)外翼面型面將外翼后段面、外翼前段面周邊及對接處壓緊，剛性裝夾以減少焊 接變形。
[0020] 框架的一端內(nèi)側(cè)面，與外翼后段的端面進行固定，固定后使外翼后段的整個平面 處于水平狀態(tài)，框架的另一端內(nèi)側(cè)面通過螺桿插入外翼前段的端面，固定后使外翼前段的 整個平面處于水平狀態(tài)，即框架的兩端內(nèi)側(cè)面形成定位基準(zhǔn)。
[0021] 該工裝能夠保證零件處于水平狀態(tài)易于測量其弦平面，并調(diào)整外翼面弦平面偏 扭，確保裝配工裝后外翼面（前段、后段）弦平面偏扭不大于〇.4_。（裝配前在外翼周邊 端面劃出中心線，裝配時將前段、后段對接處對齊，并通過彈翼周邊端面中心線高度，調(diào)整 弦平面偏扭不大于0. 4_。）
[0022] 焊接過程中將外翼面（前段、后段）接頭兩側(cè)通過工裝的梁5以及梁上的頂桿6 壓緊，頂桿材料選用不銹鋼，達到電子束焊接裝配要求：外翼面（前段、后段）接頭之間間隙 不大于0. 1mm，外翼面（前段、后段）接頭階差不大于0. 15mm。接頭處梁以及梁上的頂桿距 焊縫不小于5mm，且梁距離翼面的高度盡量小以避免擋光，影響焊接時觀察焊縫對中。
[0023] 工裝可根據(jù)外翼面型面將零件周邊及對接處壓緊，剛性裝夾以減少焊接變形，工 裝能夠微調(diào)外翼面弦平面偏扭。
[0024] 2.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，對接面內(nèi)增加支撐塊。
[0025] 外（彈）翼前段、外（彈）翼后段焊接接頭部位厚度為3mm左右，中間存在空腔，特 在彈翼前段、后段對接空腔內(nèi)增加支撐塊4,如圖3所示，其中虛線表示支撐塊4被外（彈） 翼后段透視的部分。
[0026] 在前后對接彈翼上下接頭處之間增加支撐塊，即支撐塊的上端面位于對接彈翼上 接頭處之下，支撐塊的下端面位于對接彈翼下接頭處之上，支撐塊與彈翼通過焊接連接為 一體，既增加了接頭強度，同時減少焊縫表面凹陷，減小焊接變形。支撐塊與對接空腔采取 配加工方法，裝配后既有利于保證焊接裝配要求，同時能起到增強對接面剛性，減少焊接變 形的作用。
[0027] 3.優(yōu)化電子束焊接波形，降低線能量輸入，減小焊接變形。為進一步減少焊接變 形，在電子束焊接鈦合金材料的外翼面時，嘗試將電子束掃描波形由圓波改變?yōu)槿遣?，?減小線能量輸入。
[0028] 對鈦合金3mm厚度對接接頭進行焊接效果測試，試驗結(jié)果見表1所示，三角波掃描 所需的電流小、成型效果好、線輸入能量相對較小。
[0029] 表1三角波與圓波參數(shù)對比
[0030]
[0031] 4、確定焊接參數(shù)。加工平板試片，模擬彈翼對接厚度變化，進行焊接試驗，調(diào)整參 數(shù)。確定合適的電子束焊接參數(shù)，見表2所示，經(jīng)X射線檢測，滿足GJB1718A-2005《電子束 焊接》I級要求。
[0032] 表2電子束焊工藝參數(shù)
[0033]
[0034] 5、優(yōu)化焊接順序。起弧、熄弧位置，焊接順序等因素都有可能造成外翼面焊接過程 受熱不均勻，造成一定的角變形或偏扭。外翼面首先對稱定位焊，然后再進行正式焊和修飾 焊接。采取對稱焊接順序，最大限度減小焊接引起的角變形。
[0035] 對焊接后的彈翼型面極性外形測量，結(jié)果如圖和表3所示。表3分別顯示了圖中 所示位置的裝配后和焊接后的弦平面偏扭數(shù)值。
[0036] 表3彈翼外形測量數(shù)據(jù)
[0037]
【主權(quán)項】
1. 一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：51. 安裝用于薄壁彈翼對接焊的防變形工裝； 所述的防變形工裝包括一個框架以及框架之間的梁，防變形工裝通過梁以及連接在 梁上的頂桿將外翼后段面、外翼前段面周邊以及外翼后段面、外翼前段面的對接處壓緊； 防變形工裝框架的一端內(nèi)側(cè)面，與外翼后段的端面進行固定，固定后使外翼后段的整 個平面處于水平狀態(tài)，框架的另一端內(nèi)側(cè)面通過螺桿插入外翼前段的端面，固定后使外翼 前段的整個平面處于水平狀態(tài)；52. 優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)，對接面處增加支撐塊； 外翼后段、外翼前段對接面處的上下接頭處之間增加支撐塊，支撐塊的上端面位于對 接外翼上接頭處之下，支撐塊的下端面位于對接外翼下接頭處之上，支撐塊與對接的外翼 后段、外翼前段通過焊接連接為一體；53. 優(yōu)化電子束焊接波形； 在電子束焊接鈦合金材料的外翼后段、外翼前段面時，將電子束掃描波形由圓波改變 為三角波；54. 完善焊接順序； 外翼面首先對稱定位焊，然后再進行正式焊和修飾焊接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法，其特征在于：確定 焊接參數(shù)的方法是： 加工平板試片，模擬外翼后段、外翼前段對接厚度變化，進行焊接試驗，調(diào)整參數(shù)，從而 確定焊接參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型薄壁彈翼對接焊變形控制方法，屬于焊接變形控制技術(shù)領(lǐng)域，主要解決一種大型薄壁彈翼對接焊制造過程中存在的焊接變形技術(shù)難題。該方法包括以下內(nèi)容：根據(jù)外翼面外形設(shè)計制造并安裝彈翼防變形工裝；優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，對接面內(nèi)增加支撐塊；優(yōu)化電子束焊接波形，降低線能量輸入，減小焊接變形入；優(yōu)化焊接順序。本發(fā)明中的防變形工裝可反復(fù)使用，對于同尺寸、類似結(jié)構(gòu)、易于變形的物品均可使用；極大的提高了工作效率，有效地控制了彈翼對接焊接變形，尤其適用于批量化生產(chǎn)。通過工藝方法改進，極大的降低了彈翼對接焊接變形量，提高了焊縫接頭質(zhì)量。
【IPC分類】B23K103/14, B23K31/00, B23K15/00
【公開號】CN105108363
【申請?zhí)枴緾N201510523032
【發(fā)明人】王瑞, 侯龍?zhí)?
【申請人】北京星航機電裝備有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月24日