超塑成形∕扩散连接技术的应用进展和发展趋势

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1、ApplicationProgressandDevelopmentTendencyofSuperplasticForming／DiffusionBondingTechnology北京航空制造工程研究所李志强郭和平超塑成形／扩散连接(SPF／DB)轻量化整体结构改变了传统飞行器结构件的制造模式，使复杂薄壁零件整体化，在降低飞行器结构重量、提高结构完整性和承载效率等方面具有独特的技术优势。超塑成形／扩散连接(SuperplasticForming，DiffusionBonding，SPF／DB)技术可以使复杂薄肇零件整体化，在降低飞行

2、器结构重量、提高结构完整性和承载效率方李志强面具有独特的技术优势。本文综述1986年毕业于西北工业大学材了SPF／DB轻量化整体结构的发展掣竺三三彗耋竺：，翌蔓!!烹墼磐应用现状，并介绍了SPF／DB技术的吾凳竿盎雪型要羹当懋毽某某羞展趋菇：“‘⋯。中航工业科学技术委员会委员。主要1、小从78归力‘。研究领域包括超塑成形／扩散连接超塑成形及超塑成形／扩散连技术．轻量化结构制造技术、特种钣金接的整体结构具有成形性好、设计自璧登篓术以甓金曼擎粤兰兰：。茎由度大、成形精确、无残余应力、零件4曼橐鍪仅,．I-：44-6黧6项0髫霎羹最薹多

3、蕃磊g：羞蕞轻鼍；嘉萏禹釜进步奖项．发表论文余篇．专利姒里y_寸L，L思’1工”吼怔ulJ竹：H’I叫里13项。量、降低生产成本方面显示极大的优32航审制造技术·2010年第8期越性，被誉为现代航空航天工业生产的开创性技术[I-3l。SPF／DB工艺原理与技术特点超塑成形是利用某些材料在特定条件下具有极好的变形能力这一特性而发展起来的一种成形工艺，采用超甥成形工艺能够制造出常规工艺难以成形的复杂结构，而且没有回弹，能够保证成形零部件的精度，加工重复性好14J。扩散连接是利用被连接材料的表面在不足以引起塑性变形的压力和低于被连接T件

4、熔点的温度条件下，使接触面通过原子间相互固态扩散而形成连接的方法。对于钛合金而言，材料的超塑成形温度和扩散连接温度接近，可以在一个热循环中完成成形和连接2个工艺过程，从而制造出复杂外形曲面、内筋加强的空心整体构件。与传统铆接结构和螺接结构相比，SPF／DB结构大大减少了零件和工装数量，并有效消除了紧固孔引起的裂纹源，从而使其结构耐久性和损伤容限有了大幅度的提高和改善。超塑成形／扩散连接整体构件的基本结构形式都可按照设计要求进行适当改进，以满足特殊零件的制造要求。在典型的三层和四层超塑成形整体结构t艺制造过程中，内层芯板先根据构件加

5、强要求的形式进行封边焊接，然后面板和芯板沿周边扩散连接并气压成形，最后在超塑成形温度和压力下，完成芯板之间以及芯板与面板之间的扩散连接。整个过程只需一个成形模，不需要中间退火或其他热处理，大大减少了工装和零件制造、装配的工作量，同时达到明显减重、降低制造成本的目的。超塑成形整体构件的内部结构形式和尺寸可通过止焊剂图形的调整来改变，从而使得结构设计灵活、自由。SPF／DB技术在国外航空航天领域的应用从20世纪60年代开始，由于超音速巡航飞机计划的刺激和推动，国外航空工业率先开展超塑成形技术研究。70年代早期，美国洛克威尔公司首先将超

6、塑成形技术应用于飞机结构件制造中，使钛合金制造工艺发生了技术变革。随后，美国的BLATS计划将钛合金SPF、SPF／DB技术列为重点研究项目，在F一15战斗机后机身(整体框、梁、壁板等)和B—lB大型轰炸机的壁板舱门等重要构件研制中大量采用了超塑成形和超塑成形／扩散连接组合工艺。此后，由英国国防部投资的“战斗机验证计划”(EAP)中，BAe公司完成了先进SPF／DB结构制造和试验的研究项目，为EAP验证机提供了龙骨组件等多个部件。可以说，美、欧等国的大型国防研究计划对于SPF、SPF／DB技术的发展起到了至关莺要的作用，尤其近年来

7、先进武器装备作战性能越来越高，促使钛合金超塑成形整体结构在飞机、发动机、导弹、舰计．飞机结构重量中8％一10％以上的结构可以采用超坦成形整体结构。这些应用包括稳定性设计结构(肋、梁、框架、承压支柱)、复杂的多板式部件(壁板、固定托架和支撑架)、复杂壳体(管道、箱体、容器)气动面、检修口盖／舱门、发动机舱部件、发(a)原方案(b)采用SPF／DB整体结构后圈1F一15E飞机后机身的SPF伯B整体结构艇等工业领域的应用不断扩大，显示出旺盛的生命力，在已获得的工程应用领域内产生了巨大的技术经济效益：F一15E后机身结构采用SPF／DB整

8、体结构后，减少了726个零部依如图1所示)，并取消了10000多个紧固件；联合战斗栅JSF)的后缘襟翼和副翼、F一22后机身隔热板等重要结构均采用了钛合金超塑性成形／扩散连接的整体结构。在民用飞机结构制造方面，据统动机转子零件、热空气管道以及装饰壁