飞机钛合金结构损伤单面点焊修理试验研究.pdf

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1、飞机钛合金结构损伤单面点焊修理试验研究TestingResearchonSpotWeldingRepairingTechnologyofAircraftTi-AiloyStructure空军第一航空学院94829部队【摘要】根据单面点焊的基本原理，试验确定了飞机结构上常用的TC4钛合金点焊的焊接规律，并分别试验研究了TC4钛合金板材裂纹和圆孔损伤的单面点焊修理效果。研究表明，经单面点焊修理的TC4钛合金损伤板材其强度恢复率能达到无损伤件的85％以上，满足飞机结构原位修复的强度需要。关键词：钛合金单面点焊修理【ABSTRACT】Accordingtoth

2、ebasicprincipleofspotwelding，thespotweldinglawsofTC4alloyareconfirmedbyexperimentationfirstly．Andthen，therepairingeffectsofspotweldingfordamagedTC4alloyplateswithcrackorholearestudiedrespectivelybymanyexperimentations．Thestudyresultsshowthatthejoint’SstrengthofthereparativeTC4al

3、loyplatesbyspotweldingcanreach85％ofthematrix’Sstrength．Asaresult，thespotweldingcanmeetthedemandofdamage’SrepairingofaircraftTi—alloystructrue．Keywords：Ti-alloySpotweldingRepair随着飞机钛合金结构件的用量增加，其损伤修理问题日显突出。目前，国内外主要采用热铆法和焊接法修理飞机钛合金构件的损伤Hl。由于修理安全的原因，钨极氩弧焊和激光焊只能用于飞机离位修理，而双面点焊由于受到设备的限

4、制，也无法对钛合金构件边缘以外的部位实施焊接修理【2】。因此，单面点焊方法备受修理人员的关注。本文采用SW60型单面点焊机对TC4钛板裂纹和破孔损伤进行了单面点焊修理试验研究，以期为单面点焊修复技术在飞机钛合金结构损伤中的应用提供参考依据。1单面点焊的基本原理单面点焊属于电阻点焊，其基本原理是：由焊件的一侧施加电极压力后，点焊机的阻焊变压器向焊接区输送强大的焊接电流，在焊件的接触面上形成真实的物理接触点，随着通电加热的进行，接触点不断扩大，同时塑变能和热能使接触点的原子不断激活，接代永朝郑立胜胥凯晖触面消失，形成熔核[31(图1)。图1单面点焊原理Fi

5、g．1Spotweldingprinciple2点焊工艺参数确定SW60型单面点焊机的额定功率为1lkW，允许焊接的最大构件厚度为(2．0+2．0)mm，该型点焊机的可调参数有2个，输出功率和点焊时间，且这2个参数均为设置好的虚拟参数，调节范围为o～99。为确定最佳点焊工艺参数，选择板厚为0．8—2．Omm的TC4板材制作点焊试验件(图2)。用直径4mm的TB2钛合金铆钉的破坏剪力(12．057kN)作为焊点剪切破坏的判断标准，通过正交试验，确定出了TC4钛合金板材点焊的焊接参数(表1)。图2点焊试验件Fig．2Spotweldingtestpiece

6、3模拟损伤修补试验验证3．1试验件制作2013年第4期·航空制造技术75试件的材料为TC4板材，厚度为1．5mm，分为裂纹试件和破孔试件2类，试件尺寸如图3和图4所示。用线切割机分别在试件中心切割出长20mm的人工预制裂纹和直径30mm的圆孑L。试件的编号如表2所示。选择1．5mm厚的TC4板材制作补强件，按照表1的参数进行点焊修复，修复试件如图5和图6所示。图3裂纹试件(mm)Fig．3Crackspecimen4-R10图4破孔试件(mm)Fig．4Brokenholespecimen表1TC4钛合金板材的单面点焊参数目ll一————■——田_翻■

7、■翳酱嘲阕飘阐瓣li_g目_E

8、_目㈣目目■目i■目目■蕊嘲0．8+0．81．5～3．55～1012．141．O+1．03．5～5．O10-1512．281．2+1．25．O～6．015-3013．561．5+1．56．0—7．525～4013．122．O+2．O7．5～8．530～5014．18图5裂纹点焊修补试件Fig．5Spotweldingrepairspecimenforcrack76航空制造技术·2013年第4期图6破孔点焊修补试件Fig．6Spotweldingrepairspecimenforbrokenhole3．2试验结果与分析静力

9、试验在UTM5000万能试验机上进行，施加载荷步长为0．05kN(图7和图8)。试件发生破坏时