数字化焊接技术在民机制造业中的应用

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1、；乡论坛^．／翻防乾：数字化焊接技术在民机制造业中的应用术ApplicationofDigitalWeldingTechnologyinCivilAircraftManufacturingIndustry南京航空航天大学材料科学与技术学院上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所米高阳博士研究生，主要从事焊接过程建模及模拟仿真研究。国内民用航空业中焊接技术应用现状航空制造业的发展趋势一直是世人关注的焦点，国内外专家学者也*国家自然科学基金(51175253)，中央高校基本科研业务费专项资金资助。52航空制造技术·2013年第22期米高阳占小红余枫怡辜诚魏艳红陈

2、洁面对日益增强的竞争压力，我国航空焊接技术必须不断实现自我超越。以CAD／CAE／CAM数据通道贯通为核心的焊接技术的数字化、信息化是焊接技术升级换代的必由之路。实现工艺设计、模型创制、信号检测及焊缝质量分析的一体化，不仅可以有效提升焊接工艺的实施水平，又可以极大地提高焊接制造效率，最终为企业的全面数字化、信息化打下坚实的基础。众说纷纭，归根结底是要节约生产成本、提高产品质量、缩短研发和生产周期，其核心是提高产品的市场竞争力。为此，飞机设计和生产过程的数字化、信息化、柔性化、绿色制造等目标逐渐提上日程。其中，数字化是基础环节。尽管数字化制造早已不是什么新鲜

3、的概念，然而，中国航空制造业的数字化依然有很漫长的路要走【11。焊接生产技术，作为制造业的重要而关键的组成部分，在最近几十年得到了长足的发展。焊接，由最初的一种相对简单的加工技术，已经发展为一门学科、一个系统工程，涵盖了焊接方法研究、焊接材料研究、焊接冶金学、焊接结构设计、焊接检测、焊接过程控制等诸多领域，涉及材料学、传热学、流体力学、计算材料学、材料力学和结构力学、计算机和自动控制技术等多门学科。在当代工业领域中，几乎每个产品都离不开焊接f2】。曾有句话说，“只要有金属的地方就有焊接”。焊接技术在军用航空产品领域早已得到广泛应用。但是，由于诸多原因，在国

4、内民用航空制造业中，焊接技术一直没有进入主要加工环节。在ARJ机型中，只有在防护罩、尾锥盖、导管、挂钩等少量构件采用焊接技术生产。至于被空客A380等机型大量采用的激光焊接技术，在国内并无应用先例。不过，中国商飞公司正在加大力度研究先进焊接技术在大型客机中的应用。鉴于焊接技术在民机制造中的重要性，为满足打通民机生产的数字化工程体系的需要，为响应民机制造业向数字化、信息化的方向迈进，及时开展数字化焊接的相关研究是极为必要的。构建焊接过程虚拟制造体系虚拟制造是现代制造业的重要环节。由于用大量的计算机模拟仿真替代传统的实物试验，虚拟制造能极大地缩短研发周期、降低

5、研发成本。民用飞机制造中，零部件的数量庞大，已经用到或即将可能用到焊接加工工艺的构件比较多。以大型客机机身壁板焊接构件为例，该构件厚度方向尺寸小，且焊缝多而复杂，属于典型的大尺寸、小厚度、多焊缝的焊接过程。针对此类航空产品的焊接构件，单靠传统的试验方法很难实现其工艺优化过程，必须诉诸虚拟焊接等手段。以设计为中心的焊接过程虚拟制造体系，主要包括焊接工艺设计、航空结构自动建模技术、信息化焊接生产过程控制体系等研究内容。焊接工艺设计专家系统焊接工艺的数字化和信息化是传统焊接工艺迎合制造业升级换代的必然选择，也是航空制造业全面数字化、信息化的基础。在空客公司，完全

6、无纸化焊接加工车间已部署多年，先进、快速、高效地焊接生产不仅大幅提高焊接生产效率，还可以有力地降低焊接生产成本。我国航空制造业尚未达到如此先进的水平，但是此类数字化生产平台无疑是未来的重要发展方向。焊接工艺数字化、信息化的前提是焊接工艺设计的数字化、信息化，这就需要应用焊接专家系统技术辅助工艺设计(见图1)。构建先进的焊接专家系统，优化推理机，不断完善知识库。不仅可以针对新材料、新构件、新焊接工艺给出指导意见，同时也能在技术改进、工艺■日∞■■∞-t州h沙I己萱¨，JIa_l¨髑蛐黼蜘吖E执‘·耻_自P厦嗣霜iiiiiiiii一⋯——沙卜wI品J-一I舟j

7、1”周_『——1’。‘Ⅻ目F_I峥}=震#I憎’l【_鞘蛐硝聃柚I_黼蛐·_t蝌I肘丽葡_———l冒1w-㈣r。．m_rl。b．。⋯一，，【工粤照二二一一二二二·一“二二二m·l：=：k+I一二一二一图1焊接工艺设计专家系统界面图2蒙皮一桁条焊接结构自动建模图3蒙皮一桁条结构网格划分2013年第22期·航空制造技术53钐论坛啪uM优化过程发挥作用。焊接专家系统还可以进一步同焊接工艺评定系统结合，对给定工艺进行评定，可将信息反馈给工艺设计过程，以获得最优化的焊接工艺[3-4]。航空焊接结构的自动化建模技术随着现代制造技术的不断发展，陈旧的纸质图纸人工制图的构

8、件设计模式已经无法适应当前数字化信息化的要求。使用CAD技术制作电