本發(fā)明涉及金屬材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工裝以及焊接工藝。

背景技術(shù)：

為減輕飛行器的重量和提升飛行器的飛行距離和平衡控制，輕質(zhì)、高強(qiáng)度的鈦合金框架結(jié)構(gòu)在該類飛行器中得以廣泛應(yīng)用，其中飛行器外部筒體與機(jī)翼的連接曾一度成為飛行器設(shè)計和加工中非常棘手的問題，由于筒體壁厚和機(jī)翼板厚均非常薄，結(jié)構(gòu)形式為T型接頭，傳統(tǒng)焊接方式如TIG焊、MIG焊等方式極易產(chǎn)生不可控變形和焊穿等現(xiàn)象，造成災(zāi)難性破壞，因此，在目前的飛行器中均以鉚接形式為主，首先將機(jī)翼底部設(shè)計為厚底的T型結(jié)構(gòu)，再將筒體與機(jī)翼采用鉚接的方式連接。但是該方法會對飛行器質(zhì)量、重量、精度上帶來非常大的弊端，機(jī)翼采用鑄造方式生產(chǎn)，翼板為鈦合金薄壁鑄件，翼面的尺寸精度和鑄件質(zhì)量很難保證，機(jī)翼底部的T型底板的三維尺寸大，重量高，很大程度上增加了重量，且該種凸臺連接接頭在飛行器飛行時產(chǎn)生了更大的空氣阻力和摩擦熱量，綜上所述，傳統(tǒng)的鉚接連接形式對也已不能夠滿足快速、高精度飛行發(fā)展需要。

飛行器中筒體材料采用航空鈦合金材料，兩者化學(xué)成分較為相近，具有良好的可焊性，真空電子束焊接熱量集中，熱輸入量小，焊接速度快，真空條件下焊縫純凈度高，焊縫及熱影響區(qū)組織相比普通電弧焊細(xì)小，焊接變形與殘余應(yīng)力小，非常適合于筒體與機(jī)翼的連接。但電子束加工技術(shù)進(jìn)行此類異種鈦合金T型接頭的試驗(yàn)研究甚少，針對飛行器中特殊的接頭形式和尺寸未有相關(guān)報道和研究。此外，在文獻(xiàn)和專利技術(shù)搜索中，前人針對機(jī)翼與筒體的焊接變形控制工裝設(shè)計也未曾發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工裝以及焊接工藝，利用能量密度集中、熱輸入量小的電子束焊接技術(shù)對飛行器中機(jī)翼與筒體進(jìn)行焊接，同時配合用于控制變形精度的焊接工裝，能夠顯著提高焊接質(zhì)量與焊后尺寸精度，同時提高了焊接穩(wěn)定性和焊接效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，所提供的技術(shù)方案是：一種飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工裝，包括多組環(huán)形卡箍、墊板、中心軸以及內(nèi)撐圓盤，每組環(huán)形卡箍由若干弧形卡箍首尾對接構(gòu)成，且弧形卡箍的兩個端面均設(shè)置有凹槽，相鄰兩個弧形卡箍對接后形成可供機(jī)翼及夾持機(jī)翼的墊板穿過的通孔，弧形卡箍與其相對應(yīng)的墊板之間通過調(diào)節(jié)螺栓連接，所述中心軸可穿設(shè)在筒體內(nèi)部，內(nèi)撐圓盤可套設(shè)在中心軸上，且內(nèi)撐圓盤的外圓周面頂緊筒體的內(nèi)壁設(shè)置。

作為本發(fā)明一種飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工裝的進(jìn)一步優(yōu)化：所述每組環(huán)形卡箍由四個弧形卡箍對接組成，四個弧形卡箍通過螺栓首尾連接構(gòu)成圓環(huán)形卡箍。

作為本發(fā)明一種飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工裝的進(jìn)一步優(yōu)化：所述焊接工裝包括5組環(huán)形卡箍。

利用上述焊接工裝對飛行器筒體與機(jī)翼進(jìn)行電子束焊接的工藝：將筒體與機(jī)翼之間通過定位螺絲進(jìn)行固定，根據(jù)機(jī)翼的長度在筒體上組裝多個環(huán)形卡箍，且使機(jī)翼穿過多個環(huán)形卡箍的通孔設(shè)置，然后在機(jī)翼與通孔側(cè)壁之間的間隙處安裝墊板，并通過調(diào)節(jié)螺栓對機(jī)翼進(jìn)行緊固，接著將中心軸穿入筒體內(nèi)部，并在筒體的兩側(cè)裝配內(nèi)撐圓盤，組成待焊裝配件，最后將待焊裝配件置于真空室中，進(jìn)行筒體與機(jī)翼之間的電子束焊接，焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，拆除焊接工裝后即可。

上述飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工藝，具體包括以下步驟：

（1）、將筒體與機(jī)翼進(jìn)行表面機(jī)械處理，然后分別用丙酮、酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待用；

（2）、通過機(jī)翼底部的定位螺絲孔，將機(jī)翼與筒體進(jìn)行固定；

（3）、根據(jù)機(jī)翼的長度，在筒體上依次安裝合適數(shù)量的環(huán)形卡箍；

（4）、在機(jī)翼與環(huán)形卡箍的通孔側(cè)壁之間的間隙處安裝墊板，并通過環(huán)形卡箍側(cè)壁上的調(diào)節(jié)螺栓夾緊墊片，緊固時需兩側(cè)同時用力；

（5）、在筒體中心處穿入中心軸，并在筒體兩側(cè)穿入內(nèi)撐圓盤，組成待焊裝配件；

（6）、將待焊裝配件置于真空室中，用三抓卡盤和尾錐固定待焊裝配件中中心軸兩端，使得電子束能夠準(zhǔn)確的作用于待焊處，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；

（7）、調(diào)節(jié)聚焦電流和調(diào)整焦點(diǎn)位置，調(diào)整機(jī)翼筒體電子束焊接入射夾角為45°；

（8）、設(shè)定程序，按照焊接程序獲得斷續(xù)焊接形式焊縫，其中卡箍安裝處為間斷焊接處；

（9）、焊接完成一條焊縫后，轉(zhuǎn)動三抓卡盤調(diào)節(jié)角度，按照對稱位置依次焊接完成所有焊縫焊接；

（10）、焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，即完成焊接工作。

所述步驟（8）中焊接工藝參數(shù)如下：焊接速度300-1500mm/min，加速電壓150kV，電子束束流2-15mA，工作距離200-1000mm。

有益效果

1、本發(fā)明采用能量集中、熱輸入小、穿透能力強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)化率高、可控性好的電子束作為施焊熱源，使得整個連接過程時間縮短、熱影響區(qū)減小，焊接變形程度??；

2、本發(fā)明在焊接過程中通過特定的焊接工裝對筒體和機(jī)翼進(jìn)行夾持，能夠有效地控制機(jī)翼的平面度、直線度和機(jī)翼與筒體的對稱度；

3、本發(fā)明采用斷續(xù)焊方式有效地控制了熱輸入量，同時避免了卡箍對焊縫的遮擋影響；

4、本發(fā)明的焊接工藝，其焊接過程在真空室進(jìn)行，避免了大氣中有害氣體對焊接接頭性能的影響，有效地提高了接頭綜合性能；

5、本發(fā)明采用電子束焊接方式形成的接頭處，能夠有效地控制變形、減少重量和空氣阻力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明焊接工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明焊接工裝中弧形卡箍的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為經(jīng)本發(fā)明焊接工藝焊接完成的筒體與機(jī)翼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記：1、墊板，2、中心軸，3、內(nèi)撐圓盤，4、弧形卡箍，5、凹槽，6、機(jī)翼，7、調(diào)節(jié)螺栓，8、筒體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

如圖所示:一種飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工裝，包括五組環(huán)形卡箍、墊板1、中心軸2以及內(nèi)撐圓盤3，每組環(huán)形卡箍由四個弧形卡箍4對接組成，四個弧形卡箍4通過螺栓首尾連接構(gòu)成圓環(huán)形卡箍,且弧形卡箍4的兩個端面均設(shè)置有凹槽5，相鄰兩個弧形卡箍4對接后形成可供機(jī)翼6及夾持機(jī)翼6的墊板1穿過的通孔，弧形卡箍4與其相對應(yīng)的墊板1之間通過調(diào)節(jié)螺栓7連接，所述中心軸2可穿設(shè)在筒體8內(nèi)部，內(nèi)撐圓盤3可套設(shè)在中心軸2上，且內(nèi)撐圓盤3的外圓周面頂緊筒體8的內(nèi)壁設(shè)置。

利于本發(fā)明的焊接工裝進(jìn)行飛行器筒體與機(jī)翼的電子束焊接工藝，具體包括以下步驟：

（1）、將筒體與機(jī)翼進(jìn)行表面機(jī)械處理，然后分別用丙酮、酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待用；

（2）、通過機(jī)翼底部的定位螺絲孔，將機(jī)翼與筒體進(jìn)行固定；

（3）、根據(jù)機(jī)翼的長度，在筒體上依次安裝合適數(shù)量的環(huán)形卡箍；

（4）、在機(jī)翼與環(huán)形卡箍的通孔側(cè)壁之間的間隙處安裝墊板，并通過環(huán)形卡箍側(cè)壁上的調(diào)節(jié)螺栓夾緊墊片，緊固時需兩側(cè)同時用力；

（5）、在筒體中心處穿入中心軸，并在筒體兩側(cè)穿入內(nèi)撐圓盤，組成待焊裝配件；

（6）、將待焊裝配件置于真空室中，用三抓卡盤和尾錐固定待焊裝配件中中心軸兩端，使得電子束能夠準(zhǔn)確的作用于待焊處，然后抽真空，真空度≤5×10-3Pa；

（7）、調(diào)節(jié)聚焦電流和調(diào)整焦點(diǎn)位置，調(diào)整機(jī)翼筒體電子束焊接入射夾角為45°；

（8）、設(shè)定程序，按照焊接程序獲得斷續(xù)焊接形式焊縫，其中卡箍安裝處為間斷焊接處；焊接工藝參數(shù)如下：焊接速度300-1500mm/min，加速電壓150kV，電子束束流2-15mA，工作距離200-1000mm。

（9）、焊接完成一條焊縫后，轉(zhuǎn)動三抓卡盤調(diào)節(jié)角度，按照對稱位置依次焊接完成所有焊縫焊接；

（10）、焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，即完成焊接工作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，焊接接頭綜合力學(xué)性能好，測量焊接接頭的剪切強(qiáng)度達(dá)到650MPa，低倍金相組織中未發(fā)現(xiàn)氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，綜合性能優(yōu)于采用普通熔化焊連接的接頭；焊接熔深為1.5±0.1mm；得到的機(jī)翼長600mm，平面度尺寸＜0.2，斜置角＜5′，對稱度＜0.1。

利用X射線探傷儀對按上述步驟完成的真空電子束焊接焊縫進(jìn)行檢測，焊縫質(zhì)量滿足GJB 1718-2005Ⅰ級要求。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。