大型客机机身壁板激光焊接工艺性分析

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1、论坛FORUM大型客机机身壁板激光焊接*工艺性分析ManufacturabilityAnalysisonLaserWeldingProcessofLargePassengerAircraftFuselagePanel南京航空航天大学材料科学与技术学院占小红欧文敏魏艳红中国商飞上海飞机制造有限公司陈洁李昊刘红兵大型客机激光焊接工艺研究是集合了焊接冶金学、焊接结构设计、焊接过程控制、焊接缺陷无损检测、焊接模拟仿真甚至数字化焊接的技术体系。由于民机产品的特殊性，大型客机激光焊接技术体系中尚有许多技术难点有待攻克。光

2、束焊接针对蒙皮长桁结构减重效激光焊接机在福特汽车公司建造。果更为明显，同时对于复杂构件具有稍后，美国福特汽车公司研制出了较好的空间可达性，因而受到广泛的激光焊接生产线。时至今日，可用关注。目前，空中客车等航空制造企于焊接的激光发生器已经由第一代业在其多种机型上采用了激光焊接的CO2气体激光器发展到YAG固体占小红[2]现任南京航空航天大学副教授。的整体机身壁板制造技术。然而，激光器，以及最新的光纤激光器等种主要从事民用飞机先进连接工艺、焊接基于焊接的整体机身壁板制造技术类。激光焊接的最大优点是其能量建模与仿真

3、以及焊接过程监控等方面的是当代民机制造技术中的难点之一。集中，形成焊接接头深宽比大、焊接研究。目前我国大型客机设计方案中的机变形较小。随着激光光束质量的不身壁板新型铝合金焊接技术，其工艺断改进，激光焊接现已成为一种成熟性有自身的特点。的焊接方法，广泛地应用于国民经济采用焊接整体机身壁板代替传和国防建设的不同领域。统的铆接机身壁板可以极大地减轻铝合金激光焊接性概述铝合金密度低、耐腐蚀性能好、构件的重量、降低制造成本、提高生自1960年第一台激光焊接机诞抗疲劳性能高，具有较高的比强度、产效率，因而成为大型民用飞机

4、制造[3][1]生以来，激光焊接技术发展迅速。比刚度，是飞机结构的理想材料。近技术的发展趋势之一。由于双激1965年研制出用于厚膜组件焊接的年来，尽管在航空航天业中钛合金、*　上海市博士后科研资助计划重点项目红宝石激光焊接机。1974年世界上复合材料等新材料受到广泛关注，（10R21421200）资助。第一台五轴激光加工机——龙门式但由于铝的资源丰富、性能优良、加42航空制造技术·2014年第17期BondingTechnologyforLargeAircraft大飞机连接技术工容易、成本低廉等一系列优点，

5、加双激光束双侧同步焊接工艺避免了之传统铝合金新的热处理状态不断大型客机机身壁板激光传统的T型结构单面焊接双面成型开发，以及新型铝合金(如铝锂合金)焊接方案工艺对底板(蒙皮)完整性的破坏，的出现，可以预见，在今后相当长一我国大型客机的设计方案中，同时该工艺相对传统的铆接工艺而段时间内，铝合金在飞机结构中的初步考虑在前机身、中后机身的部言能极大地减轻构件的重量，因而[4]应用仍具有不可取代的优势。因分下壁板制造工艺中采用激光焊接在航空制造业中受到青睐。然而，此，铝合金焊接技术就成为一个重工艺。前机身焊接壁板的位置

6、如图由于壁板和桁条厚度都只有1.8mm，要的技术关键。采用激光焊接技术1所示。以该壁板为例，单块壁板而单块壁板在长度和宽度方向都具连接铝合金航空构件，具有焊缝深尺寸为4276mm×1350mm，壁板厚有较大尺寸，因此要在此构件中形宽比大、焊接热影响区小、焊接变形度为1.8mm，单块壁板上桁条多达9成多条高强度的有效焊缝，同时还较小、焊接速度高等诸多优点。但根，如图2所示。因此，属于典型的要控制焊接欠缺、抑制焊接变形和是，铝合金激光焊接存在一些技术大尺寸、小厚度、多焊缝的复杂焊接应力集中，焊接构件要满足设计单难

7、点。工艺。位所提出的静强度、疲劳强度及损（1）铝合金对激光束具有极高在上述机身蒙皮桁条焊接方案伤容限等方面的指标，此项工艺显的表面初始反射率高（对CO2激光超中，主要采用双激光束双侧同步焊然具有一定难度。更为重要的是，过90%，对YAG激光接近80%），这接工艺。飞机壁板蒙皮桁条T型连民用航空制造业具有比航天、军用就要求在熔池形成之前需要较大的接结构双激光束双侧同步焊接是一航空等制造领域更为严格的质量评[3]激光功率；种全新的焊接工艺。由于T型结构价体系，一项新的工艺必须通过适（2）由于冶金和工艺等多重因航当

8、局的审批。素的影响，铝合金激光焊接过程较容随着我国大型客机项目的启动，易产生气孔；机身壁板蒙皮桁条T型连接结构双（3）铝合金属于典型的共晶合激光束双侧同步焊接技术在国内已金，在激光焊接快速凝固条件下更容经展开研究，并已经取得了初步成易产生热裂纹；果。但是，目前国内尚未掌握机身壁（4）激光焊接间隙适应性小，对板蒙皮长桁T型结构双激光束双侧焊接部位焊件的装配精度要求较高；焊接的成熟工艺，目前尚难以生产出