飛機(jī)焊接設(shè)計(jì)中點(diǎn)焊技術(shù)的突破與研究

趙榮志

摘 要：飛機(jī)壁板零件在加工與裝配時(shí)候，有些是通過鉚接技術(shù)，有些是通過膠連技術(shù)，除此之外還可以通過焊接的技術(shù)進(jìn)行連接，飛機(jī)零件的焊接需要細(xì)致研究分析，本文通過研究熱能傳遞來分析點(diǎn)焊，分析點(diǎn)焊的回彈、點(diǎn)焊變形、點(diǎn)焊殘余應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：熱能傳遞；點(diǎn)焊；點(diǎn)焊回彈；點(diǎn)焊變形；點(diǎn)焊殘余應(yīng)力

中圖分類號(hào)： V261.3+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 熱能傳遞

在熱學(xué)的研究中，熱能的傳遞主要是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射這3種形式：

（1）熱傳導(dǎo)，這個(gè)是通過物體之間的接觸進(jìn)行能力傳遞，物體會(huì)因?yàn)樗鼈冎g的溫度而引起內(nèi)部能量的交換和變換，稱為傅立葉定律，公式如下：

式中：

q—熱流密度；

λ—熱導(dǎo)率；

（2）熱對(duì)流，它是發(fā)生在固體的表面。通過與它接觸的周圍的物體之間進(jìn)行流體和熱量交換，可以分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流這兩種，可以通過牛頓冷卻方程計(jì)算：

q=αk ΔT

式中：

q—單位面積熱對(duì)流換熱量；

αk—對(duì)流傳導(dǎo)系數(shù)；

ΔT—溫度差。

（3）熱輻射，這種能量傳遞是通過物體發(fā)射電磁能實(shí)現(xiàn)的，其他物體通過吸收這個(gè)電磁能，將其轉(zhuǎn)換成熱能的交換過程，熱輻射一般是發(fā)生在真空狀態(tài)下，是一個(gè)斯蒂芬—波爾茲曼定律：

式中：

q—熱輻射轉(zhuǎn)換能量；

C1—比例系數(shù)；

（T+273）—物體絕對(duì)溫度。

2 點(diǎn)焊

點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用很廣，形式也很多樣，不同的形式焊接效果也不同，電阻點(diǎn)焊是一個(gè)應(yīng)用非常廣的焊接形式，其廣泛應(yīng)用在工業(yè)制造業(yè)中，但是在焊接的時(shí)候材料、電流、電極壓力等對(duì)焊接質(zhì)量都有影響，電阻焊接的流程主要是分4步，如圖1所示。

定位：該工序是將焊件進(jìn)行定位，要保證工件在焊接過程中不能發(fā)生位移，保證電極與工件，工件與工件之間的相對(duì)位置。

焊接：該過程是對(duì)工件進(jìn)行焊接，通過電極對(duì)焊件施加焊接電流，在起初焊接的時(shí)候，電極與工件接觸位置會(huì)產(chǎn)生熔核。

保持：焊接完畢后，將焊接電流關(guān)閉，但是需要保持焊接壓力不變，一直到工件自然冷卻凝固。

電極移開，該工序是焊接完畢后，焊件凝固之后，將焊極移開完成整個(gè)焊接工作。

2.1 點(diǎn)焊回彈

點(diǎn)焊過程中是一個(gè)伴有溫度變化的復(fù)雜過程，同時(shí)涉及力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等多種因素，飛機(jī)曲面零件利用焊接技術(shù)進(jìn)行焊接的時(shí)候，回彈現(xiàn)象是不可避免的，工件在焊接的時(shí)候因?yàn)樯郎氐脑?，焊件彎曲位置?huì)出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，所以在焊接的時(shí)候需要夾具對(duì)工件進(jìn)行固定，確保工件焊接時(shí)候不能回彈。

2.2 點(diǎn)焊變形

SYSWELD分析軟件對(duì)焊接中工件變形和焊接過程中產(chǎn)生的溫度的專門研究軟件，圖2就是SYSWELD軟件功能圖。

焊件變形是焊材在溫度的作用下發(fā)生屈服，可以通過塑性狀態(tài)進(jìn)行判定：

F（σ，R，X）=0

式中：

σ—應(yīng)力張量；

R—各向同性強(qiáng)化系數(shù)；

X—隨動(dòng)強(qiáng)化系數(shù)。

焊件在發(fā)生變形的時(shí)候有兩種情況，一種是F（σ，R，X）=0的時(shí)候，焊件是處于彈性狀態(tài)，如果是F（σ，R，X）=0的時(shí)候，焊件是塑性狀態(tài)，工件會(huì)發(fā)生變形，F(xiàn)（σ，R，X）>0這種情況是不可能發(fā)生的。

2.3 點(diǎn)焊殘余應(yīng)力

焊接過程中會(huì)有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，原因是材料在不受均勻受熱的時(shí)候，或者焊件冷卻收縮的時(shí)候產(chǎn)生熱應(yīng)力，而對(duì)焊件金屬組織的影響，這個(gè)熱應(yīng)力就是殘余應(yīng)力。

圖3為焊接過程中，溫度、屈服應(yīng)力、變形、殘余應(yīng)力之間曲線變化圖。

通過上邊圖形的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在焊接中央的位置，殘余應(yīng)力最大，同時(shí)高溫下，材料的屈服應(yīng)力也最小，所以工件在這個(gè)位置的時(shí)候最容易發(fā)生塑性變形，在工件慢慢冷卻的過程中，由于工件受到冷卻收縮的約束，焊件會(huì)變?yōu)槔鞖堄鄳?yīng)力。

結(jié)論

焊接技術(shù)是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，它不僅能應(yīng)用在低端金屬件的焊接，還能應(yīng)用在國(guó)防裝配、航空航天等高科技領(lǐng)域，焊接技術(shù)可以總結(jié)為電學(xué)、力學(xué)、冶金等技術(shù)的綜合體，而在飛機(jī)制造中應(yīng)用焊接技術(shù)，更需要去研究分析零件的性能，通過什么樣的焊接方式才能滿足飛機(jī)的技術(shù)要求，使之滿足飛機(jī)的飛行要求。

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