鋁合金焊接工藝技術(shù)展望(參考版)
2025-06-21 02:52本頁(yè)面
【正文】 8 / 8。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。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，鋁合金家族不斷壯大。在“合于使用”評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中，均需輸入載荷、類裂紋缺陷和斷裂韌度3個(gè)參量，并可粗略地將安全評(píng)定方法分為斷裂力學(xué)方法和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法。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。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。這里僅介紹“合于使用”原則的概念［16］?？傊?，焊接工藝仍是決定焊接質(zhì)量的直接因素，對(duì)焊接工藝在生產(chǎn)中保證質(zhì)量能力進(jìn)行科學(xué)的評(píng)定是非常必要的。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)。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。換言之，“焊接工藝裕度”概念是焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)中，焊接工藝的優(yōu)劣不僅要看其是否能夠完成所針對(duì)結(jié)構(gòu)的焊接，而且要看其是否具有相對(duì)穩(wěn)定的使焊接質(zhì)量達(dá)到產(chǎn)品驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的能力。 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。而且，鋁合金激光束還易產(chǎn)生氣孔。此外，也有人提出激光補(bǔ)焊的設(shè)想。它不同于熔焊修補(bǔ)，在缺陷去掉之前，要反復(fù)打磨和填充，焊接修補(bǔ)比通常的TIG熔焊修補(bǔ)強(qiáng)度高20%，改善了補(bǔ)焊部位的力學(xué)性能，而且不易產(chǎn)生焊接缺陷。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。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。在焊接生產(chǎn)中，由于材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工藝及環(huán)境條件等方面的偶然因素，在焊后會(huì)發(fā)現(xiàn)焊縫中存在超出標(biāo)準(zhǔn)的焊接缺陷，這就需要補(bǔ)焊。國(guó)內(nèi)某些院校和研究所也開(kāi)始了這方面的研究工作，有理由相信，國(guó)內(nèi)最具備攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用前景的將是航天工業(yè)。美國(guó)波普公司的空間防御實(shí)驗(yàn)室在1998年將此技術(shù)用于火箭某些部件焊接。隨著攪拌頭的移動(dòng)形成了攪拌摩擦焊的焊縫。但由于方法的限制，其應(yīng)用僅限于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的工件。由于此方法屬于固相焊，特別適合應(yīng)用于熔化焊接性差的有色金屬。 攪拌摩擦焊技術(shù)宇航工業(yè)飛行器結(jié)構(gòu)大量使用鋁合金，由于某些材料熔焊焊接性不良不得不采用鉚接結(jié)構(gòu)。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。借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，近幾年開(kāi)始進(jìn)行氣脈沖TIG焊接技術(shù)研究，初步試驗(yàn)表明，采用氣脈沖（Ar+He）TIG焊接工藝焊接S147鋁合金抑制焊接氣孔方面有明顯的效果。這樣使得焊接時(shí)填絲變得較為困難，加上設(shè)備等因素的制約，直流正接氦弧焊一直未大面積推廣應(yīng)用。因此，氦弧焊電弧溫度高，焊接熱輸入量大，也具有更高的能量密度，與氬弧焊相比熔深較大，焊接缺陷特別是焊接氣孔較少。就TIG焊而言，有交流氬弧焊和直流正接氦弧焊兩種工藝。在未來(lái)的2219鋁合金和2195鋁鋰合金航天器厚壁結(jié)構(gòu)中，特別對(duì)于焊接殘余應(yīng)力和變形要求較高的法蘭環(huán)縫焊接生產(chǎn)中，局部真空電子束焊接技術(shù)應(yīng)用對(duì)焊接質(zhì)量的提高有著極為重要的意義。采用兩級(jí)微機(jī)控制，可編程序控制器（PLC）控制焊接參數(shù)可實(shí)現(xiàn)柔性焊接，即可焊接100～300 mm直徑的法蘭環(huán)縫。電子槍徑向移動(dòng)采用步
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