本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及翼面蒙皮、骨架連接結(jié)構(gòu)及連接方法，尤其涉及一種蒙皮內(nèi)嵌式翼面連接結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊+電子束焊連接工藝方法。

背景技術(shù)：

在航天航空加工制造領(lǐng)域，彈翼翼面通常采用鋁合金蒙皮鉚接、復(fù)合材料粘接等加工方法，隨著對(duì)武器速度的不斷提高，超音速導(dǎo)彈的材料被比強(qiáng)度高的鈦合金所取代，連接結(jié)構(gòu)方式由鉚接、粘接改為焊接結(jié)構(gòu)。為保證導(dǎo)彈在高速狀態(tài)下安全穩(wěn)定飛行，準(zhǔn)確命中目標(biāo)，設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)雜異形面的翼面焊接質(zhì)量和外形精度提出了嚴(yán)格要求，焊縫強(qiáng)度以及翼面外形精度控制是加工制造中的主要難點(diǎn)，成為超音速導(dǎo)翼面面制造的主要關(guān)鍵技術(shù)之一。

一般鈦合金翼面結(jié)構(gòu)由骨架、薄蒙皮組成，骨架為細(xì)長(zhǎng)桿桁架類機(jī)加零件，薄蒙皮為鈑金件，蒙皮鋪設(shè)到骨架上，形成搭接接頭，兩者通過焊接方法連接，承受剪切載荷。國(guó)內(nèi)翼面焊接較為常用的方案主要有：氬弧焊、滾點(diǎn)焊，蒙皮與骨架電子束(激光)釘接方式，其缺點(diǎn)有：在連接強(qiáng)度上，蒙皮與骨架周圈接頭無(wú)論是采用滾焊或是激光焊焊接，連接的搭接接頭均承受剪切力，承載能力不高，在3-5倍音速飛行的導(dǎo)彈處于約500℃工作環(huán)境下，翼面承受高速氣流的沖擊，蒙皮與骨架的搭接接頭易撕開；在外形精度上，骨架本身為細(xì)長(zhǎng)桿桁架類零件，剛性不強(qiáng)，采用氬弧焊或滾焊會(huì)產(chǎn)生較大的焊接變形，外形精度方面不能完全滿足超音速飛行要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種鈦合金折疊翼面的加工制造方法，解決鈦合金超音速導(dǎo)翼面面高連接強(qiáng)度、高精度外形與加工工藝性差的矛盾，該方法包括一種蒙皮內(nèi)嵌式翼面結(jié)構(gòu)和電子束焊的焊接工藝方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鈦合金折疊翼面的加工制造方法，該方法包括如下步驟：

(一)“蒙皮內(nèi)嵌式”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)翼面由蒙皮和骨架組成，蒙皮是0.8mm-2mm厚度鈦合金蒙皮；

(2)骨架為細(xì)長(zhǎng)桿桁架結(jié)構(gòu)，骨架中間連接筋條；骨架上有用于安裝蒙皮的下陷槽；下陷槽深度與蒙皮厚度一致，下陷槽內(nèi)輪廓與蒙皮外輪廓一致；

(3)蒙皮安裝到骨架下限槽內(nèi)，安裝后蒙皮外型面與骨架外型齊平；

(二)焊前準(zhǔn)備

對(duì)鈦合金蒙皮與骨架進(jìn)行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金屬雜質(zhì)；

(三)蒙皮周圈與骨架電子束定位焊

將骨架外周壓緊，并將蒙皮與骨架定位，使翼面翼緣在焊接受熱時(shí)始終保持平直狀態(tài)，進(jìn)行蒙皮周圈與骨架電子束定位焊；

(四)在步驟(三)之后，蒙皮中部與骨架的筋條點(diǎn)焊連接

(五)在步驟(四)之后，蒙皮周圈與骨架電子束正式焊接

將骨架外周壓緊，使翼面翼緣在焊接受熱時(shí)始終保持平直狀態(tài)，進(jìn)行蒙皮周圈與骨架電子束正式焊接。

(六)焊后X射線檢測(cè)

對(duì)蒙皮周圈與骨架電子束焊縫進(jìn)行X射線檢查。

優(yōu)選地，蒙皮由1.8mm厚度鈦合金蒙皮折彎或熱成形而成，周邊留有少量余量，裝配前修配去除。

優(yōu)選地，骨架為細(xì)長(zhǎng)桿桁架結(jié)構(gòu)，采取鑄造成型，骨架內(nèi)部中空，骨架內(nèi)部中間設(shè)計(jì)筋條。

優(yōu)選地，筋條為工字梁結(jié)構(gòu)，筋條用于與蒙皮中部點(diǎn)焊連接。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的一種“蒙皮內(nèi)嵌式”新型鈦合金翼面及焊接工藝方法，可以解決超聲速導(dǎo)翼面面的高精度外形、高連接強(qiáng)度技術(shù)難題，具有良好的加工工藝性及經(jīng)濟(jì)性。

本發(fā)明一種蒙皮內(nèi)嵌式翼面結(jié)構(gòu)，并點(diǎn)焊、電子束過程的壓緊，實(shí)現(xiàn)折疊翼面復(fù)雜結(jié)構(gòu)的連接，焊后各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

附圖說明

圖1“蒙皮內(nèi)嵌式”結(jié)構(gòu)鈦合金翼面結(jié)構(gòu)示意；

圖2圖1中A-A放大圖

圖3圖1中B-B旋轉(zhuǎn)放大圖

圖4蒙皮內(nèi)嵌式鈦合金翼面加工制造方法流程圖；

圖5斜坡面點(diǎn)焊限位原理示意圖；

圖6翼根定位器。

圖1中，1—蒙皮，2—骨架，3—筋條；圖5中，4—上電極(常規(guī)電極)，5—下電極(萬(wàn)向電極)，6—點(diǎn)焊限位工裝；圖6中，7—壓緊螺釘，8—活動(dòng)桿，9—可拆卸定位銷，10-支座，11-電子束焊位置，12-電焊位置，13-電極限位孔，14-絕緣裝置，15-斜坡面工件。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地描述。

本發(fā)明的一種鈦合金折疊翼面的的加工制造方法，具體特點(diǎn)如下：

(1)翼面由蒙皮和骨架組成，蒙皮是0.8-2mm厚度鈦合金蒙皮。

(2)骨架為細(xì)長(zhǎng)桿桁架結(jié)構(gòu)，骨架中間連接筋條，強(qiáng)度高而重量輕，骨架上加工蒙皮安裝下陷。

進(jìn)一步地，骨架中空，中間設(shè)計(jì)筋條3工字梁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高而重量輕，筋條厚度a、b為4-6mm，寬度L為8mm-12mm，用于與蒙皮中部點(diǎn)焊連接。

(3)蒙皮安裝到骨架下限內(nèi)，安裝后其外型面與骨架外型齊平，稱之為“蒙皮內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)”。該結(jié)構(gòu)將翼面的外形輪廓與其骨架合為一體，將原來主要靠焊接保證外形精度改為主要由機(jī)加保證，外形精度得到了大大提高；同時(shí)將傳統(tǒng)上蒙皮周邊與骨架的搭接接頭，更改為鎖底對(duì)接接頭。

(4)蒙皮周圈與骨架采用電子束焊接方法連接，大大提高蒙皮與骨架的連接強(qiáng)度，使得其承受拉伸載荷能力更強(qiáng)。

進(jìn)一步地，同時(shí)壓緊周邊控制變形，通過可調(diào)節(jié)的翼根定位器實(shí)現(xiàn)電子束定位焊接和正式焊接,避免因?yàn)闅寤『付ㄎ辉斐傻暮附尤毕莓a(chǎn)生,且保證外形尺寸精度。

(5)蒙皮中部與骨架采用點(diǎn)焊輔助連接，確保導(dǎo)彈在高速飛行過程中蒙皮中部與骨架的可靠連接。(專利號(hào)：CN 202461796 U，一種斜坡面零件的點(diǎn)焊限位工裝裝備)

(6)優(yōu)化零組件焊接順序，首先將蒙皮周圈與骨架進(jìn)行電子束定位焊，避免原先采用手工氬弧焊定位易造成焊接缺陷的問題，同時(shí)避免蒙皮中部與骨架點(diǎn)焊后蒙皮發(fā)生翹曲變形問題；然后再采用點(diǎn)焊結(jié)合電子束焊接方法，實(shí)現(xiàn)翼面的連接。

下面以細(xì)長(zhǎng)絎梁結(jié)構(gòu)的鈦合金工件為例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述：

一、“蒙皮內(nèi)嵌式”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)“蒙皮內(nèi)嵌式”結(jié)構(gòu)鈦合金翼面由蒙皮1和骨架2組成。

(2)蒙皮1由1.8mm厚度鈦合金蒙皮精密折彎或熱成形而成，周邊留有少量余量，裝配前修配去除；

(3)骨架2為細(xì)長(zhǎng)桿桁架結(jié)構(gòu)，根據(jù)氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，一般為多個(gè)呈一定角度的平面組成，通過精加工保證骨架外型面尺寸精度。

(4)為減少重量，骨架中空，中間設(shè)計(jì)筋條3工字梁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高而重量輕，筋條厚度b為5mm，寬度L為10mm，用于與蒙皮中部點(diǎn)焊連接；

(5)骨架上設(shè)計(jì)有用于安裝蒙皮的下陷槽，下陷深度與蒙皮厚度一致，下陷槽內(nèi)輪廓與蒙皮外輪廓一致，蒙皮安裝后外型面與骨架外型面齊平。

二、所采用的工裝

蒙皮中部與骨架點(diǎn)焊連接工裝見圖5，專利號(hào)：CN 202461796 U，專利名稱：一種斜坡面零件的點(diǎn)焊限位工裝裝備，本發(fā)明中將其簡(jiǎn)稱為點(diǎn)焊限位工裝。蒙皮一側(cè)的電極直徑采用常規(guī)電極4，骨架一側(cè)采用直徑較大的萬(wàn)向電極5，預(yù)防大傾角斜坡面零件點(diǎn)焊打滑采用的點(diǎn)焊限位工裝6。上述三個(gè)裝置聯(lián)合使用實(shí)現(xiàn)斜坡面零件的點(diǎn)焊。

如圖6所示，翼根定位器由壓緊螺釘7，活動(dòng)桿8，可拆卸定位銷9組成、支座10；活動(dòng)桿8與支座10通過旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行連接，活動(dòng)桿8能夠水平位置到斜上45度的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抬起和落下，旋轉(zhuǎn)后通過可拆卸定位銷9插入活動(dòng)桿8和支座10對(duì)應(yīng)的定位通孔中進(jìn)行固定；壓緊螺釘7穿過活動(dòng)桿8的豎直向下的螺紋孔中。支座10固定在骨架周邊，可以通過固定在壓緊骨架周邊的設(shè)備和工裝上；壓緊螺釘7壓緊在骨架內(nèi)部的蒙皮與骨架的連接處，將蒙皮與骨架定位進(jìn)行定位。翼根定位器分布在骨架周邊，每50mm-70mm的距離均布一個(gè)。

活動(dòng)桿8具有兩個(gè)定位通孔，當(dāng)活動(dòng)桿8處于水平位置時(shí)，卡入可拆卸定位銷9，此時(shí)壓緊螺釘7垂直向下，壓緊螺釘7通過螺紋向下擰緊用于壓緊蒙皮周圈與骨架的接觸部位，保證蒙皮周圈與骨架裝配間隙與階差。當(dāng)活動(dòng)桿8處于斜上45度位置時(shí)，卡入可拆卸定位銷9，此時(shí)壓緊螺釘7隨活動(dòng)桿8抬起，避免在電子束(正式)焊接時(shí)進(jìn)行干擾。

蒙皮周圈與骨架電子束焊接工裝通過如圖6所示工裝--翼根定位器，將蒙皮與骨架定位焊接，待電子束定位焊之后抬起翼根定位器組件，進(jìn)行正式焊接。

三、蒙皮內(nèi)嵌式翼面焊接裝配及連接工藝步驟

(一)焊前準(zhǔn)備

(1)對(duì)鈦合金蒙皮與骨架進(jìn)行酸洗，去除零件表面的氧化膜、非金屬雜質(zhì)等，并將其置于低真空潔凈環(huán)境中，在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行電子束焊接；

(2)將蒙皮與骨架待焊部位采用風(fēng)刷進(jìn)行打磨處理，直至露出金屬光澤，并用白綢布蘸丙酮擦拭干凈。

(二)蒙皮周圈與骨架電進(jìn)行子束定位焊

可以采用翼面外形相近的壓緊工裝，將骨架外周壓緊，使骨架在焊接受熱時(shí)始終保持平直狀態(tài)，最大限度減少焊接變形。

將蒙皮與骨架定位，此時(shí)翼根定位器中壓緊螺釘7壓緊蒙皮，保證蒙皮周圈與骨架焊縫裝配間隙不大于0.1mm，局部(任意100mm范圍內(nèi)長(zhǎng)度不大于30mm)不大于0.15mm，階差不大于0.2mm，局部(任意100mm范圍內(nèi)長(zhǎng)度不大于30mm)不大于0.25mm。

蒙皮周圈與骨架電子束定位焊具體方式如下：

將產(chǎn)品和工裝吊裝置于電子束焊機(jī)水平工作臺(tái)上，送入真空電子束焊艙中，當(dāng)電子束槍真空度優(yōu)于1×10^-5mbar，真空室真空度優(yōu)于7×10^-4mbar后開始焊接。首先對(duì)蒙皮周圈和骨架焊縫進(jìn)行定位焊接，定位焊點(diǎn)位置落在兩卡環(huán)之間，定位焊縫長(zhǎng)度約為10mm-20mm，間距15mm-25mm，可根據(jù)兩卡環(huán)間距大小適當(dāng)調(diào)整定位焊長(zhǎng)度和間距。

定位焊工藝參數(shù)為：

加速電壓：U_b＝130Kv-150Kv

聚焦電流：I_c＝1980mA-1990mA

電子束流：I_b＝2mA-4mA

焊接速度：V＝5mm/s-8mm/s

偏擺：X＝1.5mm-1.7mm；Y＝0mm；

定位焊后打開電子束真空艙，檢查定位焊焊縫質(zhì)量，要求定位焊縫不存在裂紋、焊縫周圈間隙及階差均不大于0.15mm；將工裝四周用于卡緊固定蒙皮的壓緊螺釘7和活動(dòng)桿8向上抬起，插上定位銷9，防止在正式電子束焊接過程中卡環(huán)螺釘回落影響焊接。將翼根定位器去掉，并將骨架外周邊壓緊的設(shè)備或工裝去掉，才能進(jìn)行下一步蒙皮中部與骨架點(diǎn)焊連接。

(三)蒙皮中部與骨架點(diǎn)焊連接

裝配點(diǎn)焊限位工裝，即通過常規(guī)電極4、萬(wàn)向電極5、點(diǎn)焊限位工裝6三個(gè)裝置聯(lián)合使用實(shí)現(xiàn)斜坡面零件的點(diǎn)焊。蒙皮、骨架厚度差異大，翼面點(diǎn)焊選用硬規(guī)范(大電流、短時(shí)間)，充分利用接觸電阻集熱作用，減少熱量損失，即可減少核心偏移。點(diǎn)焊參數(shù)主要根據(jù)薄板厚度、骨架厚度變化作適當(dāng)微調(diào)。材料為TA15鈦合金，蒙皮厚度1.8mm時(shí)點(diǎn)焊工藝參數(shù)：

焊接電流：6.2kA-6.4kA

焊接時(shí)間：5周波數(shù)-7周波數(shù)

焊接壓力：4kN-5kN

鍛壓力：7kN-8kN.

(四)蒙皮周圈與骨架電子束正式焊接

可以采用翼面外形相近的壓緊工裝，將骨架外周壓緊，使骨架在焊接受熱時(shí)始終保持平直狀態(tài)，最大限度減少焊接變形。

(1)將產(chǎn)品和工裝吊裝置于電子束焊機(jī)水平工作臺(tái)上，送入真空電子束焊艙中，當(dāng)電子束槍真空度優(yōu)于1×10^-5mbar，真空室真空度優(yōu)于7×10^-4mbar后開始焊接。對(duì)蒙皮周圈與骨架焊縫進(jìn)行正式焊接，正式焊工藝參數(shù)為：

加速電壓：U_b＝130Kv-150Kv

聚焦電流：I_c＝1980mA-1990mA

電子束流：I_b＝4mA-6mA

焊接速度：V＝7mm/s-9mm/s

偏擺：X＝1.4mm-1.6mm；Y＝1.4mm-1.6mm；

(2)待電子束正式焊接后，為保證焊縫表面質(zhì)量，對(duì)焊縫進(jìn)行修飾焊接，修飾焊接工藝參數(shù)為：

加速電壓：U_b＝130Kv-150Kv

聚焦電流：I_c＝2220mA-2230mA

電子束流：I_b＝2mA-4mA

焊接速度：V＝7mm/s-9mm/s

偏擺：X＝2.6mm-3.0mm；Y＝2.6mm-3.0mm；

(五)焊后X射線檢測(cè)

對(duì)蒙皮周圈與骨架電子束焊縫進(jìn)行X射線檢查，需滿足GJB1718A-2005《電子束焊接》中I級(jí)要求。焊后對(duì)零組件整體型面進(jìn)行精加工、尺寸測(cè)量等，完成折疊翼面的連接制造。