鋁合金焊接工藝技術(shù)展望(存儲(chǔ)版)
【正文】 用于火箭某些部件焊接。這是一種新的焊接修補(bǔ)技術(shù)，在焊縫缺陷位置，鉆一楔形孔，將一個(gè)與孔的形狀相類(lèi)似的楔形旋轉(zhuǎn)塞插入孔內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)完整的楔形塞與孔表面摩擦生熱而實(shí)現(xiàn)焊接。 焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)安全評(píng)定技術(shù)由于航天產(chǎn)品的特殊性，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性極為重視。在實(shí)際生產(chǎn)中，目前對(duì)鋁合金焊縫也只檢測(cè)氣孔、夾雜、裂紋、未焊透等幾類(lèi)缺陷，而且難以做到100%檢測(cè)，尤其對(duì)于角焊縫，尚難進(jìn)行有效的檢測(cè)。在斷裂力學(xué)出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用后，這一概念成為焊接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期研究的中心課題之一，現(xiàn)已逐漸發(fā)展成為原則，并且有了明確的定義。隨著這一進(jìn)程的出現(xiàn)，新焊接技術(shù)在航天工藝焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用必將獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，焊接自動(dòng)化和高的質(zhì)量及可靠性保證能力將是21世紀(jì)對(duì)焊接技術(shù)的基本要求。在國(guó)內(nèi)，S147和2195等在未來(lái)航天型號(hào)中的應(yīng)用前景不容忽視。在焊接結(jié)構(gòu)發(fā)展初期，要求結(jié)構(gòu)在制造和使用過(guò)程中均不能有任何缺陷存在，即結(jié)構(gòu)應(yīng)完美無(wú)缺，否則就要返修或報(bào)廢；后來(lái)曾任英國(guó)焊接研究所所長(zhǎng)的Edgar Fuchs通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明：在鋁合金焊接接頭中，即使存在某種程度的氣孔，對(duì)接頭強(qiáng)度的影響可能微乎其微，而并非必要的返修補(bǔ)焊卻會(huì)造成局部殘余應(yīng)力的增大和微觀組織結(jié)構(gòu)的不利變化，導(dǎo)致使用性能的降低。當(dāng)然，對(duì)某一特定工藝進(jìn)行評(píng)定，仍需進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)工作，首先要找準(zhǔn)影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而后方可對(duì)這些因素進(jìn)行綜合評(píng)定。而且，鋁合金激光束還易產(chǎn)生氣孔。另一方面，未來(lái)可重復(fù)使用運(yùn)載器，在重復(fù)使用后，可能在某些構(gòu)件局部出現(xiàn)裂紋等缺陷，需要進(jìn)行焊接修補(bǔ)，此時(shí)在運(yùn)載器外部覆有絕熱材料，對(duì)溫升有極嚴(yán)格的要求，必須采取熱輸量集中而且較小的焊接工藝。隨著攪拌頭的移動(dòng)形成了攪拌摩擦焊的焊縫。焊接工藝性、可操作性也與氬弧焊無(wú)異，弧長(zhǎng)也無(wú)特別限制。就TIG焊而言，有交流氬弧焊和直流正接氦弧焊兩種工藝。電子槍與上真空室采用動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，工件與上、下真空室間為靜密封結(jié)構(gòu)。隨著2219鋁合金和2195鋁鋰合金的應(yīng)用，在未來(lái)中厚度的大型貯箱焊接生產(chǎn)中，變極性等離子焊接技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。如果這兩種保護(hù)裝置同時(shí)使用，效果更好。新設(shè)計(jì)的貯箱SLWT(Super Light Weight Tank超輕重量貯箱)，比原來(lái)的貯箱減重5%，即3 405 kg，其中LH2箱減重1 907 kg、LO2箱減重736 kg，箱間段減重341 kg，其他減重422 kg。1980年1420合金被用于制造米格29超音速戰(zhàn)斗機(jī)的焊接機(jī)身、油箱、座艙，這使飛機(jī)的重量明顯降低了24%。前蘇聯(lián)在能源號(hào)和暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)均大量采用了1201（相當(dāng)于2219）鋁合金。氫是鋁及其合金熔焊時(shí)產(chǎn)生氣孔的主要原因。為什么LD10CS貯箱采用兩面三層焊工藝？理論分析和實(shí)踐結(jié)果表明，若不采用此焊接方法，就會(huì)造成LD10CS鋁合金焊接接頭塑性較差，且焊縫背面焊趾處易出現(xiàn)裂紋。20世紀(jì)70年代，在研制LD10合金火箭推進(jìn)劑貯箱初期，在焊接工藝方面曾遇到了極大的困難。我國(guó)研制的各種大型運(yùn)載火箭亦廣泛選用了鋁合金作為主要結(jié)構(gòu)材料。介紹了鋁合金焊接技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用前景，其中包括變極性等離子焊、局部真空電子束焊、氣脈沖焊接技術(shù)、攪拌摩擦焊、焊接修復(fù)技術(shù)以及焊接工藝裕度和焊接結(jié)構(gòu)安全評(píng)定技術(shù)。這兩種鋁合金都具有優(yōu)良的焊接性能［1］。在此后的許多年中，一直以“延伸率不小于3%”作為一個(gè)重要的驗(yàn)收指標(biāo)。這樣在結(jié)構(gòu)中，焊接接頭在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下以軟化區(qū)的塑性和變形補(bǔ)償了熔合區(qū)塑性的不足。但是，由于諸多因素和條件的限制，在生產(chǎn)中個(gè)別貯箱仍存在氣孔超差。因?yàn)槊考尤?%Li，可使鋁合金質(zhì)量減輕3%，彈性模量提高6%，比彈性模量增加9%，這種合金與在飛機(jī)產(chǎn)品上普遍使用的2024和7075合金相比，密度下降7%～11%，彈性模量提高12%～18%。1460合金焊接工藝與1420合金基本相同，可采用1201（AlCuMn）合金焊絲焊接，也可在焊絲中添加鈧（Sc）元素。2195T8合金的貯箱采用4043焊絲，變極性等離子弧焊 (VPPA)焊接。變極性等離子焊接技術(shù)用于鋁合金焊接， mm
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