高能束流加工技术的发展动态.pdf

《高能束流加工技术的发展动态.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高能束流加工技术的发展动态NewDevelopmentofPowerBeamProcessingTechnology中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室呈兰裂喜旭嚣巩水利研究员。博士。北京航空制造工程研究所副总工程师。中航工业特种加工技术首席专家，享受国务院政府特级津贴专家。“国家高等数控机床与基础制造装备”科技重大专项总体组成员，国际焊接学会航空专委会主席。中国焊接学会常务理事、高能束流和特种焊接委员会主任．高能束流加工技术重点实验室常务副主任。中国航空研究院博士生导师。大连理工大学、北京工业大学和沈阳航空航天大学兼职教授。高能束流加工技术是由物理科学、机械与制造科学、信

2、息科学、控制科学和材料科学等多学科融合发展起来的高智能、高柔性、低能耗、高清洁的先进制造技术，是2l世纪最重66航空制造技术·2014年第19期高能束流通常是指高能量密度的束流，如激光束、电子束、等离子体及离子束。高能束流加工技术利用高能束流对材料或构件进行制造及加工，主要包括焊接、增材制造和表面工程等。高能束流加工技术具有其他加工技术无法实现的独特优势，在先进制造领域尤其是飞机和航空发动机中的应用愈加重要。要的先进制造技术之一I]-21。高能束流是指在自由空间可定向传输的高能量密度的束流，如激光束、电子束、离子束及等离子体等。高能束流加工技术是指利用高能束流使材料产生加热、熔化、气化、等离子

3、体等物理现象而达到对材料进行去除、连接、生长和改性等目的的一种先进制造技术。高能束流加工技术的主要特点有：多尺度、选择性、非接触、三维高精密、灵活性强、材料适应性强，可实现极端条件制造。随着长寿命、高性能飞机及航空发动机发展的要求，高能束流加工技术的应用愈加广泛和重要。高能束流加工技术对促进学科发展，提升原始创新能力，推动国民经济发展和社会进步，提高国家抗风险能力有着不可替代的作用。本文以高能束流加工技术在航空工业领域的应用为背景，重点介绍高能束流焊接与制孔技术、高能束流表面工程技术和高能束流增材制造技术的当前应用、发展前沿、研究方向和发展趋势。高能束流焊接与制孔技术高能束流焊接在减轻结构重量

4、、增强结构可靠性、提高材料利用率和降低成本方面独具优势，因而在航空工业领域应用广泛，其中主要有激光焊接和电子束焊接。激光束焊接技术大量地应用于大尺寸和超大尺寸薄壁件的拼合焊接。激光束焊接具有能量密度高，热影响区小，空间位置转换灵活，可在大气环境下焊接，焊接变形极小等优点。激光焊接是一种以可聚焦、高功率密度激光束作为热源的高能束流加工技术，其焊接过程在大气环境下完成，易于实现集成化、自动化及柔性化，特别适合大型复杂结构件焊接

5、3I。它主要应用于飞机大蒙皮的拼接以及蒙皮与长桁的焊接，以保证气动面的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术，如腹鳍和襟翼的翼盒，其结构不再是应用内肋条

6、骨架支撑结构和外加蒙皮完成，而是应用了先进的钣金成形技术后，采用激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合，不仅产品质量好，生产效率高，而且工艺再现性好，减重效果明显。近年来激光焊也多见于薄壁零件的制造中，如进气道、波纹管、输油管道、变截面导管和异型封闭件。近年来，中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室建立了双光束激光焊接平台，如图l所示。针对激光焊接技术应用过程中的关键问题，在激光焊接过程行为及焊接工艺与性能调控方面进行了大量研究。激光焊接过程行为方面，依托自主研发的激光焊接过程监测和检测技术研究平台，针对小孔、金属蒸气／等离子体、熔池、温度场及过程稳定性等进行系统研究，建立了焊接

7、过程行为理论。有效解决了焊接工艺中遇到的过程不明、机理不清等问题。而在工艺与性能调控方面，在薄板激光深熔焊接工艺参数优化、激光填丝／电弧复合焊接装置、工艺优化及焊丝熔化过渡机理、薄板激光焊焊缝气孑L形成机理及控制、激光焊接接头的组织性能分析、T型接头双光束激光装置及焊接工艺优化以及超窄间隙激光焊接方面，针对钢、铝、钛及难熔或易氧化金属进行了大量基础研究，研究成果已在飞机铝合金、钛合金薄壁整体化结构焊接制造中取得突破性应用。电子束焊接是一种以高速电子汇聚形成的高能量电子束流作为热源高能束流加工技术，具有焊缝深宽比大、焊缝纯度高等优点，特别适合大厚度高质量要求结构的焊接14l。电子束焊接已经成为大

8、型飞机制造公司的标准配置，是制造飞机主、次承力结构件和机翼骨架的必选技术。近些年，高能束流加工技术重点实验室对铝合金、钛合金、不锈钢、超高强钢及高温合金的电子束焊接技术均进行了较为系统的研究，尤其在大厚度钛合金电子束焊接结构完整性评定方面成果显著。通过对接头不均匀性(包括焊缝几何形状不均匀性、接头微观组织不均匀性以及接头力学性能不均匀性，如图2所示)、残余应力形成机理及表征以及接头性能调控方面的研