一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺制造技术

本发明专利技术提供一种用于蒙皮‑桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，具体步骤如下：步骤1，将已预处理的蒙皮‑桁条件搭接固定；步骤2，将高速旋转的搅拌头压入工件进行搅拌摩擦焊；步骤3，检查搅拌摩擦焊接头质量；步骤4，将激光置于搭接面两侧进行送丝式激光钎焊；步骤5，检查激光钎焊接头质量。本发明专利技术可有效提高桁条式机身结构的综合力学性能，增加防腐蚀气密功能，在保证搅拌摩擦焊焊缝不发生应力腐蚀的基础上，增加搭接面受力承载面积，获得高质量的蒙皮‑桁条搭接成型件。

Friction stir welding and laser brazing composite welding technology for skin stringer

The invention provides a friction stir welding and laser brazing composite welding process for skin truss. The concrete steps are as follows: step 1, the pre-treated skin truss condition is lapped and fixed; step 2, the high-speed rotating stir head is pressed into the workpiece for friction stir welding; step 3, the quality of the friction stir welding joint is checked; Step 4, put the laser on both sides of the lap surface for wire feeding laser brazing; Step 5, check the quality of laser brazing joint. The invention can effectively improve the comprehensive mechanical properties of the truss type fuselage structure, increase the anti-corrosion and air-tightness function, increase the bearing area of the overlapping surface on the basis of guaranteeing that the stress corrosion does not occur in the friction stir welding seam, and obtain the high quality overlapping forming parts of the skin truss.

【技术实现步骤摘要】
一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺
：本专利技术属于铝合金焊接领域，涉及一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺。
技术介绍
：桁条式机身结构是由蒙皮-桁条-隔框组合而成。桁条作为垂直于蒙皮的纵向构件，在飞机飞行过程中主要承受机身弯曲引起的轴向力，桁条对蒙皮有重要的支持作用，提高了蒙皮的受压临界应力。此外，桁条承受了部分作用在蒙皮上的空气动力并传递给机身的其他构件。与桁梁式机身相比，桁条式机身的桁条-蒙皮结构受压稳定性较好，更适用于较高速飞机。蒙皮-桁条的高质量连接技术关系到飞机的整体综合性能，现阶段采用的工艺仅通过搅拌摩擦焊连接蒙皮和桁条。然而，由于桁条在长期服役过程中承受机身弯曲的轴向力，蒙皮-桁条搭接面之间工件间隙逐渐增加，空气很容易通过工件间隙与搅拌摩擦焊焊缝接触。在应力和空气腐蚀的共同作用下，焊缝发生应力腐蚀，飞机的疲劳寿命随之降低。另一方面，单一的搅拌摩擦焊焊缝在受力时，存在应力集中现象，严重时会形成裂纹导致焊接结构失效。搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺为提高蒙皮-桁条结构件综合力学性能提供了新途径。对搭接面两侧增加激光钎焊工艺可有效防止空气通过工件间隙与搅拌摩擦焊缝接触，发生应力腐蚀，因此在飞机服役过程中能有效保护搅拌摩擦焊缝。钎焊过程中，钎料熔化渗入工件间隙，而母材不发生熔化，母材热影响区小，易于对钎焊焊缝进行修复工艺。此外，钎焊接头在一定程度上增大了搭接接头的承载宽度，减少应力集中。本专利技术提供一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，该工艺旨在防止蒙皮-桁条结构在服役过程中搅拌摩擦焊焊缝发生应力腐蚀，提高疲劳寿命。同时，本专利技术有利于提高该结构的综合力学性能。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术中存在的问题，公开了一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，是基于蒙皮-桁条结构件进行研究，防止飞机在服役过程中焊缝发生应力腐蚀，提高疲劳寿命。本专利技术是这样来实现的，一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将已预处理的蒙皮-桁条构件搭接固定；步骤2，将高速旋转的搅拌头压入工件对搭接结构进行搅拌摩擦焊；步骤3，检查搅拌摩擦焊接头质量；步骤4，在搭接面两侧同时配置激光钎焊设备进行送丝式激光钎焊；步骤5，检查激光钎焊接头质量。进一步，所述蒙皮-桁条搭接结构为，蒙皮置于下层，桁条置于上层。进一步，所述搅拌头长度略大于上层桁条金属厚度，搅拌摩擦焊接过程中搅拌针要穿透上层桁条金属，进入下层壁板金属中，通过搅拌针的高速旋转，使其与上下焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，获得搅拌摩擦焊焊缝。进一步，所述激光钎焊使用的钎料熔点低于下层蒙皮与上层桁条金属，熔化后能与上下金属发生共晶反应。进一步，所述激光钎焊为送丝式激光钎焊，焊接过程中，激光热源使得钎料熔化，而母材不熔化，在搭接面左右两侧获得两条激光钎焊焊缝。进一步，所述下层蒙皮与上层桁条均为铝合金材料，且为薄壁件，厚度为1mm-2mm。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术通过在搅拌摩擦焊的搭接面两侧增加钎焊焊缝，增加蒙皮-桁条焊接结构的防腐蚀气密功能，减少空气与搅拌摩擦焊焊缝的接触，避免搅拌摩擦焊焊接接头发生应力腐蚀，增加飞机在服役过程中的疲劳寿命。(2)本专利技术增加了搭接接头的承载宽度，在一定程度上降低了搅拌摩擦焊焊缝在服役过程中的应力集中，提高了蒙皮-桁条金属焊接件的综合力学性能。附图说明：图1是本专利技术一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺的工艺流程图；图2是蒙皮-桁条结构的焊前、焊后示意图；图3是一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺的搅拌头尺寸图；图4是一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺的步骤2——搅拌摩擦焊示意图；图5是一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺的步骤4——送丝式激光钎焊示意图；其中，1-蒙皮；2-Z型桁条；3-搅拌头；4-搅拌针；5搅拌摩擦焊焊缝；6-激光束；7-焊枪；8-激光钎焊焊缝；9-焊丝(钎料)；10-搭接工件间隙；11-熔化的钎料；12-上轴肩；13-下轴肩。具体实施方法：本专利技术提供一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚明确，下面结合附图对本专利技术做详细说明。Z型桁条的材料为2099铝合金，蒙皮的材料为2060铝合金，厚度均为1.8mm，蒙皮-Z型桁条的搭接宽度为35mm，采用搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺焊后的蒙皮-Z型桁条结构如图2所示。具体焊接工艺如下：焊前用钢丝刷去除待焊工件表面的氧化膜，蒙皮2060铝合金在下，Z型桁条2099铝合金在上，用专用夹具进行固定。搅拌头采用Φ10mm的双圆环轴肩和Φ3.4mm的圆锥形搅拌针，搅拌针长度为2.5mm，如图3所示。用搅拌摩擦焊焊机进行焊接，焊接参数为：搅拌头转速为800r/min，焊接速度为200mm/min，搅拌头倾角0°，下压量0.3mm。搅拌头压入铝合金母材后预热10秒左右以恒定焊接速度进行焊接，如图4所示。搅拌摩擦焊接工艺完成后待工件冷却一段时间，松开夹具，取出蒙皮-Z型桁条焊接试样。采用无损检测技术(X射线、超声波检测)对搅拌摩擦焊焊缝质量进行检查，检查合格后方可进行下一步焊接。用送丝式激光钎焊机对蒙皮-Z型桁条搭接面两侧进行焊接，焊接钎料为Al-Si-Cu-Zn系铝合金，焊接参数为：激光功率2000W，焊接速度3.0m/min，送丝速度2.0m/min，离焦量为0mm，保护气流量为20L/min。应当指出，蒙皮-Z型桁条搭接结构已经搅拌摩擦焊固定，因此该焊接过程不需要装夹固定。焊接时，钎料焊丝在前，激光束在后，在激光的热量下，钎料迅速熔化，而母材不发生熔化，如图5所示。钎料熔化并渗入焊接工件，冷却后，搭接面两侧获得两条激光钎焊焊缝。对蒙皮-桁条进行搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，可有效增加防腐蚀气密功能，保护搅拌摩擦焊焊缝，同时增加搭接面承载面积，减小应力集中，可得到高强度、高耐蚀性的大型搭接焊结构。以上所述的仅是本专利技术的优选实施方案，应当指出，本专利技术不限于上述具体实施例，凡基于本专利技术所做的任何改动或变形均属于本专利技术要求保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于蒙皮‑桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将已预处理的蒙皮‑桁条构件搭接固定；步骤2，将高速旋转的搅拌头压入工件对搭接结构进行搅拌摩擦焊；步骤3，检查搅拌摩擦焊接头质量；步骤4，对搭接面两侧进行激光钎焊工艺；步骤5，检查激光钎焊接头质量。

【技术特征摘要】
1.一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，将已预处理的蒙皮-桁条构件搭接固定；步骤2，将高速旋转的搅拌头压入工件对搭接结构进行搅拌摩擦焊；步骤3，检查搅拌摩擦焊接头质量；步骤4，对搭接面两侧进行激光钎焊工艺；步骤5，检查激光钎焊接头质量。2.根据权利要求1所述的一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，其特征在于，所述蒙皮-桁条搭接结构为，蒙皮置于下层，桁条置于上层。3.根据权利要求1所述的一种用于蒙皮-桁条的搅拌摩擦焊与激光钎焊复合焊接工艺，其特征在于，所述搅拌头长度略大于上层桁条金属厚度，搅拌摩擦焊接过程中搅拌针要穿透上层桁条金属，进入下层壁板金属中，通过搅拌针的...

【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，赵艳秋，余海松，庄明祥，颜廷艳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32