飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析及工藝難點(diǎn)

鈦合金結(jié)構(gòu)材料，由腹板和上下緣條通過角焊縫方式焊接而成，其中鈦板為近似正弦曲線的波紋形，位于上下緣條之中，厚度為2mm、緣條厚度為5mm。結(jié)構(gòu)件需要在緣條兩側(cè)施加拉力進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)，此時(shí)焊縫作為工作焊縫，對(duì)缺口很敏感。為了提高結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度和疲勞壽命，焊縫質(zhì)量需滿足I級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)，并達(dá)到焊縫的全焊透。

對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)其焊縫的軌跡具有周期性，這適合于使用編程方式來實(shí)現(xiàn)焊縫的自動(dòng)化焊接，但在焊接過程中會(huì)存在以下問題。
（1）為了保證角焊縫的焊接質(zhì)量，在焊接過程中，一般要求焊槍與緣條平面成一定角度，并垂直于焊縫軌跡，焊槍隨焊接軌跡不斷的擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)際上為空間曲線。要求焊槍夾持機(jī)構(gòu)至少要有5 個(gè)自由度，才能滿足自動(dòng)焊接要求。
（2）波紋腹板的曲率在曲面過渡處的圓弧半徑僅為11mm，在焊接過程中，焊槍隨焊接軌跡不斷地?cái)[動(dòng)，加上待焊零件表面呈波紋狀凸凹不平，這就使得本應(yīng)固定在焊槍前端的焊絲填充裝置和跟在焊槍后端的保護(hù)拖斗，難以在如此狹小的空間內(nèi)行走，因此鈦絲的填充和焊縫的保護(hù)在這種結(jié)構(gòu)中將十分困難實(shí)現(xiàn)。
（3）鈦合金焊接時(shí)，有兩大因素對(duì)焊縫質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重影響。一是高溫下晶粒長(zhǎng)大傾向大：鈦合金導(dǎo)熱性差，焊縫和近縫區(qū)在高溫下的停留時(shí)間長(zhǎng)，使晶粒長(zhǎng)大進(jìn)一步加??；二是高溫下特別是在熔融狀態(tài)下，鈦對(duì)H、N、O 等氣體元素有很強(qiáng)的化學(xué)親和性：由于這些氣體元素的作用，鈦合金表面很容易形成氣體飽和層，在焊縫中形成氣孔，由于氣體元素向鈦合金組織中的滲入和擴(kuò)散，會(huì)導(dǎo)致焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋和氫脆，引起結(jié)構(gòu)的低壽命破壞。針對(duì)該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接工藝難點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)，通過采用合適的工藝措施，可獲得了優(yōu)良的焊縫。

近20年來，隨著焊接技術(shù)的研究和應(yīng)用水平的進(jìn)步，特別是在材料的焊接性能研究、自動(dòng)化焊接工藝方法和工藝技術(shù)、結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力變形控制以及焊接接頭力學(xué)性能和可靠性等方面的研究深入和水平提高，在“合于使用”的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的引領(lǐng)下，鈦合金焊接結(jié)構(gòu)越來越廣泛地應(yīng)用到飛機(jī)的重要承力結(jié)構(gòu)上。事實(shí)上飛機(jī)重要承力件采用鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在20世紀(jì)七八十年代前蘇聯(lián)研制的第3代軍用飛機(jī)上即得到了很好的印證，并引起了歐美航空制造界的高度重視。越來越多的資料報(bào)道表明，歐美航空制造業(yè)已經(jīng)將鈦合金焊接結(jié)構(gòu)從飛機(jī)的次承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用到主承力結(jié)構(gòu)上。鈦合金屬于高Al當(dāng)量近α型鈦合金，具有與α型鈦合金相當(dāng)?shù)暮附有阅芎徒咏讦?β型鈦合金的工藝塑性，是我國(guó)先進(jìn)飛機(jī)焊接用鈦合金的主要材料。

在未來幾年中，對(duì)鈦合金的加工需求將快速地增加。在不久的將來，這種材料在飛機(jī)中的使用量將大幅度上升。事實(shí)上，力航鈦業(yè)(www.nmware.com)所指出的那樣，其在波音787飛機(jī)中使用的鈦合金量已超過以前所有波音機(jī)型的鈦合金使用量的總和。與此同時(shí)，這一飛機(jī)制造商的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也同樣在飛機(jī)中充分地使用鈦合金材料，還有新型軍用飛機(jī)，也在大量地使用著鈦合金。當(dāng)所有這些飛機(jī)全部進(jìn)進(jìn)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，對(duì)鈦合金零件的需求量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前飛機(jī)供給鏈中現(xiàn)有的鈦合金加工能力。