钛合金焊接技术在飞机制造中的应用和展望.pdf

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1、成形技术研究REsEARcHoFFoRMfNGTEcHNoLoGY钛合金焊接技术在飞机制造中的应用和展望AppUcatiOnandProspectofTitaniumAlloyWelding11echnologyinAircraftManufacture中航工业沈阳飞机设计研究所赵博李国元许广兴【摘要】结合飞机钛合金焊接结构设计准则和典型焊接结构，阐述了飞机钛合金焊接结构的技术优势，归纳分析了钛合金焊接技术在飞机制造中的应用特点和适用结构。在此基础上，根据我国现有飞机制造中存在的焊接问题，对焊接新方法、新技术在飞机制造中的应用进行了

2、展望。关键词：钛合金焊接飞机制造【ABSTRACT】ThetechnicaladVantagesoftitaniumalloyweldingstructureinaircraRiselaboratedbasingonthedesigncriterionoftitaniumalloyweldingstmctureandrepresentatiVeweldingstmcture．ThentheapplicationoftitaniumalloyweldingstructureinaircraRmanufactureisanalyzed．

3、Finally，basingontheweldingproblemonair二craftmanufacture，theapplicationofnewweldingmethodandtechnologyonaircraRmanufacturein如tureispros-pected．Keywords：TitaniumalloyWemingAircraftmanufhcture随着焊接技术的不断发展，在现代飞机制造中，焊接结构所占的比例越来越大，焊接已由原来的辅助制造工艺演变成为飞机制造中的关键技术，甚至成为飞机制造先进性的一种体现。

4、由于钛合金具有良好的焊接性，所以飞机中的主承力焊接结构以钛合金为主⋯。甚至为了采用焊接结构而更换结构用材：F一22飞机后机身前、后梁龙骨由焊后热处理困难的Ti62222改为Ti一6Al一4VELI【21。在飞机设计和制造中，必须将焊接技术特点和具体结构综合考虑，才会最大的发挥焊接技术的优势。因此本文针对飞机典型结构，总结分析了钛合金焊接技术在飞机制造中应用现状和存在的问题，并对今后的发展做出了展望。1飞机钛合金焊接结构的设计准则使用寿命是飞机性能的一项核心指标，战斗机使用寿命为2000～8000飞行小时，客机使用寿命不低于60000

5、飞行小时，所以飞机焊接结构对承载能力和疲劳性能要求较高。飞机钛合金焊接结构的设计准则主要有以下3个方面：122航空制造技术·2013年第16期(1)焊缝尽可能设计在应力水平相对较低、结构形状变化平缓的部位。(2)焊缝表面的余高或收缩，会造成应力集中，降低焊接接头承载能力和疲劳性能，对强度影响较小。因此承力结构的焊接接头正反面都要进行机械加工，去除余高或收缩，消除应力集中。(3)除了大型装配结构或者采用Tc1、Tc2等低合金化钛合金制造的不带交叉焊缝、零件结构简单的Ⅲ级焊接接头外，都要求进行焊后退火，并要求残余应力降至50MPa或者4

6、5MPa以下。经过焊后退火，不填丝的接头强度系数均能够达到0．9以上。2飞机钛合金焊接结构的技术优势飞机制造中大量采用钛合金焊接结构，与机械连接和整体锻造相比，其技术优势主要体现以下3个方面。(1)代替机械连接，实现减重，提高连接部位承载能力和结构完整性。典型的焊接形式有3种：对接接头、T形接头和点焊接头。T形接头和点焊接头存在应力集中，尤其是点焊，由于两板间应力集中较大，点焊接头的疲劳寿命仅为机械连接的50％。所以这两种结构采用焊接是为了提高结构完整性和工作效率，实现减重。对接接头可用于主承力结构，代替螺栓连接，在提高结构完整性的

7、同时，可以明显提高连接部位承载能力和疲劳性能。这是因为机械连接因为紧固孔削弱了零件的横截面积，一般会使强度下降20％左右，而焊接接头强度下降小于10％，因而焊接结构的承载能力要高于机械连接。对接接头的应力集中系数低于机械连接，机械连接的应力集中系数大于3，王向明等计算了表面磨削后的钛合金对接接头当量应力集中系数，氩弧焊当量应力集中系数小于2，高能束焊小于1．5『3】。因此对接接头的疲劳性能高于也机械连接。(2)代替整体锻造，提高材料利用率。随着锻造能力的提升，许多大型钛合金结构可以采用整体锻造。锻造+焊接代替整体锻造结构的技术优势对

8、比可以通过结构性能、结构重量、材料利用率以及生产周期4个方面来综合衡量。焊接接头与锻件相比，强度降低约10％，因此需要在焊缝经过的筋条、缘条等薄弱部位进行补强，由于焊接接头处于整个结构中应力水平较低的部位，且通过焊后加工消除应力集中，