焊接技術(shù)在飛機(jī)起落架中的應(yīng)用

1、 焊接技術(shù)在飛機(jī)起落架中的應(yīng)用【摘要】：對(duì)用手工鎢極氬弧焊(TIG焊)代替目前航空領(lǐng)域中采用的手工電弧焊(SMAW焊)焊接飛機(jī)起落架進(jìn)行了初步探究,得出了TIG焊焊接工藝參數(shù)。在改進(jìn)焊接方法與工藝參數(shù)上進(jìn)行了初步嘗試,采取TIG焊代替SMAW焊,工藝簡便、快速,焊接效果比較理想。該工藝的應(yīng)用與推廣,客服了野外現(xiàn)場搶修的困難，對(duì)于我軍野外現(xiàn)場搶修具有顯著的軍事、經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：TIG焊 飛機(jī)起落架 SMAW焊1、前言隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和航空技術(shù)的快速發(fā)展，航空工業(yè)呈現(xiàn)出新的變化和發(fā)展趨勢(shì)。它的這種變化和發(fā)展正日益影響著我們的生活和工作，同時(shí)對(duì)于“神七”宇宙飛船、“嫦娥奔月”計(jì)劃、載人航天工程、新

2、一代大型運(yùn)載火箭及新型衛(wèi)星等航空航天型號(hào)的需求，也使得航空工業(yè)變的越來越重要。因此快速發(fā)展航天工業(yè)成了我們的一大任務(wù)。那么如何推動(dòng)航空技術(shù)的發(fā)展呢？我們可以從焊接這一方面來進(jìn)行考慮。2、航空焊接技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 隨著飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)減重、提高性能的需要，先進(jìn)的焊接技術(shù)將起著越來越重要的作用。新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝的有機(jī)結(jié)合，使得焊接技術(shù)成為航空制造領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)之一。通過焊接技術(shù)把不同材料、形狀、結(jié)構(gòu)和功能的零部件連接成一個(gè)復(fù)雜的整體，不僅簡化了構(gòu)件整體加工的工序，而且節(jié)省了材料，提高了生產(chǎn)效率。 今后的發(fā)展應(yīng)是新的焊接方法的擴(kuò)大使用，傳統(tǒng)焊接技術(shù)的升級(jí) 換代，建立和完善焊接數(shù)據(jù)庫，推進(jìn)焊接

3、數(shù)字化。先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展總是從新的成果中獲得新的起點(diǎn)。80年代初，為了滿足研制高水平、高性能飛機(jī)的需求，制造商越來越多地采用焊接結(jié)構(gòu)，其中電子束焊作為一種先進(jìn)焊接技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)主要承力構(gòu)件的制造，與此同時(shí)，也有一些其它的焊接技術(shù)被廣泛地應(yīng)用，例如：激光焊、攪拌摩擦焊等等。它們的應(yīng)用，給國家創(chuàng)造出了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。新型材料和新型構(gòu)件的出現(xiàn)對(duì)焊接技術(shù)提出了新的課題，成為焊接技術(shù)發(fā)展的新力量。許多新型材料如鈦合金、鎳基、鐵基高溫合金、陶瓷等的連接，特別是異種材料之間的連接，采用傳統(tǒng)的焊接方法是行不通的，埋弧焊、等離子焊、電阻焊、鎢極氬弧焊等焊接方法于是應(yīng)運(yùn)而生，解決了許多了以前所不能

4、解決的問題，為航天事業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為尋找更優(yōu)化的焊接方法作先導(dǎo)和參照的作用。新產(chǎn)品、新構(gòu)件和新器件對(duì)焊接技術(shù)提出了新的要求，促進(jìn)傳統(tǒng)焊接技術(shù)的完善和對(duì)新型焊接技術(shù)的研發(fā)，以滿足發(fā)展的需求，如精密釬焊、加活性焊劑的氬弧焊、真空擴(kuò)散焊、螺旋焊等，焊接技術(shù)由于其工藝的復(fù)雜性，以及對(duì)疲勞強(qiáng)度、應(yīng)力變形、脆性斷裂、焊接質(zhì)量的要求，使得焊接對(duì)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的程度高。3、飛機(jī)起落架在焊接工藝中遇到的問題 飛機(jī)起落架是飛機(jī)起飛、著陸和停放的重要裝置，是支撐整個(gè)飛機(jī)重量的重要部件。它要有承受靜力載荷、沖擊載荷以及疲勞載荷的能力，因此它所采用的材料應(yīng)具有高強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)張的能力。而鈦合金因具有很

5、高的強(qiáng)度、良好的焊接性和耐熱性而被廣泛地應(yīng)用于焊接中，但同時(shí)它在焊接中也存在以下缺陷：(1)脆化 鈦是一種活潑金屬，在焊接高溫下鈦很容易被氧化。焊接時(shí)焊縫金屬和高溫近焊區(qū)，不管是哪個(gè)部位，如果不能受到有效的保護(hù)，就很容易受到空氣等雜質(zhì)的污染而受到脆化。尤其是焊縫區(qū)，一旦受到污染，它脆化的程度就會(huì)更嚴(yán)重。 (2)裂紋由于鈦和鈦合金中硫、磷、碳等雜質(zhì)很少，低熔點(diǎn)共晶很難在晶界出現(xiàn)，有效結(jié)晶溫度區(qū)間窄，加之焊縫凝固時(shí)收縮小，因此很少出現(xiàn)焊接熱裂紋，但如果保護(hù)不好，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力裂紋和冷裂紋（3）氣孔氣孔是鈦合金焊接中最常遇到的焊接缺陷，它的形成主要是因?yàn)楹缚p區(qū)，特別是焊接端面被水分、油污等污染所致。因此

6、，要格外注意母材及焊絲的預(yù)防氣孔的處理。4、飛機(jī)起落架的焊接方法4.1 焊接方法的選擇 關(guān)于飛機(jī)起落架的焊接方法有許多種，如火焰釬焊、手工電弧焊、真空擴(kuò)散焊等。火焰釬焊焊接過程中操作不方便，焊接接頭強(qiáng)度太低，不利于保證焊接質(zhì)量，且火焰釬焊過程中所使用的溶劑（CJ301）加熱熔化時(shí)四處流動(dòng)，冷卻后形成易碎的玻璃體，需要進(jìn)行清洗并烘干處理等。最重要的是，火焰釬焊焊接接頭電阻率較大，影響其導(dǎo)電性能；真空擴(kuò)散焊雖可獲得優(yōu)質(zhì)接頭，但設(shè)備昂貴，對(duì)工藝要求苛刻，生產(chǎn)效率不高。對(duì)于飛機(jī)起落架，我們常用的是手工電弧焊，它雖能達(dá)到焊接的要求，但在焊接的過程中，對(duì)焊縫的污染較大，并且由于人手存在晃動(dòng)，對(duì)焊縫也是非常

7、不利的。通過綜合分析和對(duì)比，非熔化極鎢極氬弧焊（TIG）屬于熱輸入大、功率大和熱量集中的熔焊熱源。采用TIG焊作為飛機(jī)起落架的焊接，不僅彌補(bǔ)了上述幾種方法的不足，而且可以大大提高焊接接頭的機(jī)械性能、導(dǎo)電性能和生產(chǎn)效率。采用非熔化極鎢極氬弧焊，再采取必要的熱工藝等措施，會(huì)使焊接效果更佳。4.2 飛機(jī)起落架的TIG焊的優(yōu)點(diǎn)(1) TIG焊的可焊金屬多,氬氣是不活潑的氣體,它不溶于金屬，也不與空氣發(fā)生反應(yīng)。并且TIG焊接過程中電弧還有自動(dòng)清除焊件表面氧化膜的作用。因此，可以成功的焊接其他方法不易焊接的高溫合金、難熔活性金屬、不銹鋼、有色金屬及其合金。(2)保護(hù)效果好，焊縫質(zhì)量高。Ar是最穩(wěn)定的惰性氣

8、體之一，它不溶于液態(tài)金屬生成氣孔，所以保護(hù)性能十分優(yōu)良。焊接過程基本是金屬熔化與結(jié)晶的簡單過程，因此焊縫質(zhì)量高。(3) 鎢極電弧穩(wěn)定，即使在很小的焊接電流下仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板，超薄板材料焊接。(4)由于填充焊絲不通過電弧，故不會(huì)產(chǎn)生飛濺，焊縫成形美觀。(5)它適合不開坡、不加填充金屬的薄板及全位置焊且在焊縫區(qū)無熔渣。(6）焊接過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。5、焊前準(zhǔn)備5.1 坡口型式的設(shè)計(jì) 坡口形式尺寸及裝配間隙對(duì)焊縫的質(zhì)量及根部裂紋傾影響很大。常用坡口形式I形、V形、U形、X形等，裝配應(yīng)留有一定間隙。對(duì)于起落架，如果修切坡口壁厚為3 mm以下的零件焊修時(shí),應(yīng)選用直徑為2mm3mm的鉆頭,在裂

9、紋兩端鉆裂孔,然后焊接。如果壁厚大于3 mm的零件上產(chǎn)生非穿透性裂紋,須用圓銼、砂輪、樣板、銑刀或鉆頭,沿裂紋的整個(gè)深度進(jìn)行開槽,然后用刮刀刮修,使裂紋處呈U形面，采用U形坡口。采用U形坡口進(jìn)行焊接有許多好處:焊條能伸入坡口,焊縫易于焊透;可以降低基體金屬在焊縫中的比例,使碳、硅含量減少,焊縫不易產(chǎn)生裂紋。不允許用尖鏨或偏鏨來開槽,因?yàn)檫@樣會(huì)使裂紋擴(kuò)張。在非穿透性裂紋的零件上開槽和銼修時(shí),須經(jīng)常澆注磁懸液,利用材料的剩磁來判斷裂紋是否銼掉。5.2 焊絲的選擇采用TIG焊接工藝，應(yīng)選用HGH41和H18CrMoA焊絲。焊絲本身具有清理和去除氧化物的作用。焊接使用之前，可用有機(jī)溶劑，如丙銅、汽油等

10、也可用專門的工業(yè)清洗劑清除油、污和灰塵；可用機(jī)械清理和化學(xué)清洗清理焊絲表面的氧化膜，如不銹鋼用紗布打磨或鋼絲刷清洗理；鋁合金用刮刀清理；鋁、鎂焊絲及重要焊件用堿洗及酸液沖洗中和光化，使焊絲露出金屬光澤。5.3 保護(hù)氣體的質(zhì)量控制在對(duì)起落架的焊接過程中，氫和水分對(duì)焊縫氫氣孔的敏感性比較強(qiáng)。焊接后，焊縫容易產(chǎn)生氣孔。因此，要嚴(yán)格控制氬氣中水分的含量，在焊接過程中，氬氣的純度應(yīng)在99.9%以上。5.4 烘干焊條 焊條受潮后，如繼續(xù)使用它來焊接，焊縫的質(zhì)量將無法保證。因此焊接前應(yīng)將電焊條在200到250的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行烘烤，并且烘烤的時(shí)間要長一些。焊縫不宜堆得過高，焊縫與基體金屬的過渡處要圓滑。5.5

11、 檢查電焊設(shè)備，并進(jìn)行試焊為了確保焊接質(zhì)量，焊前應(yīng)任真的檢查電焊機(jī)，觀察接線是否接好，是否接的正確，運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。焊條質(zhì)量和電流大小都可以通過在廢舊材料上試焊，進(jìn)行鑒定和判別，如規(guī)范不合適，應(yīng)加以調(diào)整和修正。6、焊接6.1 焊接工藝措施 (1)焊前預(yù)熱 焊接之前，需要采用氧-乙炔火焰對(duì)焊接接頭預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般不超過最終熱處理時(shí)的回火溫度，通常為200到250攝氏度。并且，預(yù)熱后，也能達(dá)到降低熔池的冷卻速度，使氫氣體易析出，起到減少或消除擴(kuò)散氣孔的目的。 (2）對(duì)稱焊接飛機(jī)起落架的焊接過程中，采用TIG直流正接法對(duì)稱焊接以減小焊接過程中工件所引起的變形。 (3）坡口的清理和焊縫的保護(hù)預(yù)熱后，用

12、砂紙認(rèn)真清理焊件的坡口及附近的氧化物和油等其他臟物，使其露出金屬光澤。焊接時(shí)，在導(dǎo)體破口處預(yù)先放置由硼酸、硼砂和水玻璃按1:1:2的比例配合做成的黏糊狀混合物。這種混合物具備高溫不揮發(fā)，并能與熔池中的氧化膜等雜質(zhì)相互作用生成熔渣，敷蓋在熔池表面，使熔池與空氣隔離，因而能有效防止熔池金屬的繼續(xù)氧化。同時(shí)也具有改善焊接工藝性能，提高焊縫成形的功能。6.2 焊接工藝參數(shù) (1）焊接電流和鎢棒直徑焊接電流的大小是決定焊縫熔深的主要參數(shù)，它根據(jù)工件材質(zhì)、厚度、接頭形式、焊接位置等因素選擇，鎢棒直徑則根據(jù)電流大小、電流種類選擇。鎢棒端部形狀是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，尖端角度對(duì)電弧引燃和穩(wěn)定以及對(duì)焊縫熔深和熔寬

13、都有一定的影響。根據(jù)以上種種原因，我們選擇的焊接電流大小為250到400A,鎢棒直徑為3mm。(2）保護(hù)氣體流量和噴嘴孔徑 氣孔流量和噴嘴孔徑應(yīng)相互配合，使氣體形成足夠挺度的層流。通常鎢極氬弧焊噴嘴孔徑為5到20毫米的范圍，對(duì)應(yīng)保護(hù)氣體流量為5到25升每分鐘。焊接電流增大，所對(duì)應(yīng)的噴嘴孔徑和氣體流量取值也隨之增大。(3）噴嘴與工件的距離、弧長和電弧電壓 噴嘴端部與工件的距離在5到14毫米之間，通常鎢棒外伸長度為5到10毫米；實(shí)用電弧長度范圍為0.5到3毫米，對(duì)應(yīng)電弧電壓為8到20伏。自動(dòng)焊、不加填充絲、小電流或工件變形小時(shí)，噴嘴端部與工件的距離、電弧長度可取下限；反之則取上限。(4）焊接速度焊

14、速是用來調(diào)節(jié)熱輸入和焊縫形狀的重要參數(shù)之一，其選擇應(yīng)根據(jù)工件厚度并考慮與焊接電流等配合以獲得所需的熔深和熔寬；在高速度自動(dòng)焊時(shí)，還要考慮焊速對(duì)保護(hù)效果的影響。由于以上種種原因，我們所選擇的焊接速度應(yīng)位于120到130mm/min。 除上述的焊接方法須遵守外，我們還須注意以下幾點(diǎn)：（1） 只允許在水平狀態(tài)下補(bǔ)焊裂紋，禁止立焊和仰焊；（2） 補(bǔ)焊起落架支柱外筒焊縫上的裂紋時(shí)，必須在焊接部位的內(nèi)部安裝銅脹 胎，以防止變形；（3） 起落架的補(bǔ)焊工作必須由技術(shù)熟練的焊工，經(jīng)過有關(guān)干部批準(zhǔn)，并熟悉焊接工藝后，方可擔(dān)負(fù)。7、焊后處理 起落架的焊后處理得當(dāng)，可以提高焊接質(zhì)量。反之，不僅質(zhì)量無法保證，還會(huì)造成工

15、件的損壞。焊后處理包括以下幾項(xiàng)工作。（1）等溫處理 為了防止焊后產(chǎn)生冷裂紋，焊后應(yīng)立即放入爐中作等溫處理，并保溫2到3小時(shí)。若沒有大尺寸的爐，可用噴燈或氣焊火焰進(jìn)行不補(bǔ)充加熱，已降低焊縫的冷卻速度。在不采用補(bǔ)充加熱的情況下，應(yīng)將起落架埋在熱砂或熱灰中，或用石棉布覆蓋，盡量設(shè)法降低冷卻速度。 （2）冷作硬化處理 經(jīng)檢查焊件確實(shí)無裂紋后，對(duì)焊縫和近縫區(qū)基體金屬進(jìn)行冷作化處理。冷作加工處理采用2KM或5KM的鉚釘槍，空氣壓力為0.3MPa到0.5MPa，每平方厘米金屬上的錘擊時(shí)間約為5s到12s。（3）再次檢查 焊件經(jīng)冷作硬化處理后，再用磁力探傷和著色檢查法檢查焊件是否有裂紋。如還有裂紋，則需要對(duì)焊件在作進(jìn)一步的處理。 8、結(jié)語焊接質(zhì)量的好壞，不僅與所選用的材料有關(guān)，還與所選用的焊接方法以及所選用 的工藝參數(shù)有關(guān)，所以我們?cè)诤附拥倪^程中，應(yīng)認(rèn)真地考慮這些因素，并且在以后的發(fā)展過程中，我們應(yīng)不斷地開發(fā)新材料和運(yùn)用新的焊接方法來提高焊接質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1 陳祝年.焊接工程師手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.2 代永朝.飛機(jī)結(jié)構(gòu)檢修M.北京：航空工業(yè)出版社，2006.3 王成文.焊接材料手冊(cè)及工程應(yīng)用案例M.太原：山西科學(xué)出版社，2004.4 李亞江.特殊及難焊材料的焊接M.北京：化學(xué)出版社，2003.5 姜敬先.航空材料的焊接M.空軍第一航空學(xué)院出版社，1998. 6 李亞江.焊接修