[发明专利]焊接整体壁板激光冲击校形方法有效
申请号: | 201410010295.0 | 申请日: | 2014-01-09 |
公开(公告)号: | CN103752651A | 公开(公告)日: | 2014-04-30 |
发明(设计)人: | 刘红兵;秦涛;邓景煜;陶汪;王玉华;陈彦宾;李昊;张澐龙 | 申请(专利权)人: | 上海飞机制造有限公司 |
主分类号: | B21D1/00 | 分类号: | B21D1/00 |
代理公司: | 北京市金杜律师事务所 11256 | 代理人: | 楼仙英;邵桂礼 |
地址: | 200436 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 焊接 整体 壁板 激光 冲击 方法 | ||
技术领域
本发明涉及航空制造技术领域,特别涉及对焊接整体壁板变形进行激光冲击校形和强化的方法。
背景技术
传统飞机的壁板结构主要有整体加工壁板和铆接壁板。对于整体加工壁板而言,其制造方法的材料利用率低,制造成本非常高,且效率极低。而铆接壁板则会使得飞机的整体重量增加,同时刚性和强度也远远不如整体加工壁板。
之后,在20世纪90年代,空客公司率先开展机身壁板激光焊接技术研究,并成功应用于A318、A340和A380等型号飞机机身壁板制造中,研究表明A380机身壁板采用激光焊接技术代替铆接工艺,减轻了10%的结构重量,降低了15%成本。
焊接机身壁板主要由蒙皮和多根桁条组成,蒙皮和长桁焊接为T型结构。尽管在焊接过程中可以通过工装夹具定位、工艺参数优化、焊接路径优化等方式对焊接变形进行控制,但是对于机身壁板大型构件而言,局部区域不可避免会出现角变形、挠曲变形等焊接变形问题,这些变形会影响后期的装配及安全使用,因此焊接结束后必须进行变形校形处理。传统的焊接变形校形方法有滚弯、压弯、锤击、热校形以及机械喷丸校形方法。上述方法(机械喷丸除外)受操作工人经验的影响较大,很难实现精确校形,特别是针对单曲率、双曲率壁板这样的复杂构件,由于其变形更为复杂,此类校形方法很难满足要求;而机械喷丸虽然能够实现单曲、双曲壁板的成形,但其实现局部变形区域的精确校形控制较为困难;并且由于弹丸产生的残余应力场幅度和深度都有限,难以完成更大曲率的校形控制。
发明内容
本发明的一个目的是针对焊接整体壁板激光焊后变形复杂、变形程度大的情况,提供一种既能够满足变形区域精确校形又可实现大曲率变形的校形方法。
本发明的另一个目的是通过对焊缝区域进行强化处理,改善焊接结构因焊缝区域热胀冷缩在焊缝表面产生残余拉应力从而导致的在承受拉应力载荷时较低的疲劳强度及损伤容限性能,提供一种既可以控制焊接壁板变形又可以提高焊缝区域强度的方法。
为此,根据本发明的一个方面,提供一种焊接整体壁板激光冲击校形方法,其中,该方法包括如下步骤:
S1)变形和残余应力测量:对焊接整体壁板的三维变形及焊缝区域的残余应力进行测量;
S2)校形量及校形路径确定:基于获得的三维变形数据及残余应力数据,利用计算机及其内置的有限元分析软件进行焊接整体壁板的仿真模拟,并与焊接整体壁板的最终形状进行对比,来确定需校形部位的变形量及校形路径;
S3)激光冲击校形强度确定:计算机根据需校形部位的变形量在内置的激光冲击校形强度与变形量之间的对应关系数据库中查找和确定需校形部位的冲击校形强度;
S4)激光冲击校形:利用激光冲击校形设备,按计算机确定好的冲击强度和校形路径对焊接整体壁板的需校形部位进行激光冲击校形处理;
S5)校形检验:将校形后的焊接整体壁板放置在检验模胎上,检测其贴膜间隙,如果该贴膜间隙超过预定间隙,则依次重复步骤S1、S2、S3、S4,逐步逼近,直至贴膜间隙小于等于预定间隙。
优选地,在上述步骤S3之前还包括在计算机中建立激光冲击校形强度与变形量之间的对应关系数据库的步骤。
进一步优选地,上述对应关系数据通过试验获得。
优选地,上述方法还包括对校形完成后的焊接整体壁板的焊缝区域进行激光冲击强化的步骤。
进一步优选地,上述激光冲击强化的步骤包括:
a)根据焊缝区域的疲劳寿命要求,确定激光冲击强化的强度值;
b)利用激光冲击强化设备对焊接整体壁板的蒙皮和长桁T型焊接结构两侧的焊缝区域进行全覆盖率的同步激光冲击强化。
优选地,上述激光焊接整体壁板为单曲率或双曲率焊接整体壁板。
本发明具有的优点和有益效果如下:
1)相比传统的滚弯、压弯、锤击等机械校形方法,本发明的校形方法具有控制精度高、工作效率高、适用范围广等优点,符合航空零件高要求的标准;
2)本发明的校形方法,相对于传统的机械喷丸,变形区域的校形控制更为精确,且可校形的变形程度更大,同时也可避免传统机械喷丸的二次散射和弹丸回收的问题;
3)蒙皮长桁连接处焊缝区域的激光冲击强化可以消除焊接残余拉应力,在焊缝表面形成一定厚度的残余压应力层,提高焊缝的疲劳强度及应力腐蚀性能。
4)蒙皮长桁连接处焊缝区域两侧同步激光冲击强化,不仅效率高,且可以有效防止两侧依次激光冲击导致的桁条变形。
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