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1、焊接技术在飞机起落架中的应用【摘要】对用手工钨极氩弧焊（TIG焊）代替目前航空领域中采用的手工电弧焊 （SMAW焊）焊接飞机起落架进行了初步探究,得出了 TIG焊焊接工艺参数。在改进 焊接方法与工艺参数上进行了初步尝试，采取TIG焊代替SMAW焊，工艺简便、快 速,焊接效果比较理想。该工艺的应用与推广，客服了野外现场抢修的困难，对于 我军野外现场抢修具有显著的军事、经济效益。关键词：TIG焊 飞机起落架SMAW焊1、前言随着经济的全球化和航空技术的快速发展，航空工业呈现出新的变化和发展 趋势。它的这种变化和发展正日益影响着我们的生活和工作，同时对于“神七” 宇宙飞船、“嫦娥奔月”计划、载人航天
2、工程、新一代大型运载火箭及新型卫星 等航空航天型号的需求，也使得航空工业变的越来越重要。因此快速发展航天工 业成了我们的一大任务。那么如何推动航空技术的发展呢？我们可以从焊接这一 方面来进行考虑。2、航空焊接技术的国内外发展现状随着飞机、发动机对减重、提高性能的需要，先进的焊接技术将起着越来越 重要的作用。新材料、新结构和新工艺的有机结合，使得焊接技术成为航空制造 领域的主导技术之一。通过焊接技术把不同材料、形状、结构和功能的零部件连 接成一个复杂的整体，不仅简化了构件整体加工的工序，而且节省了材料，提高 了生产效率。今后的发展应是新的焊接方法的扩大使用，传统焊接技术的升级 换代，建立和完善焊
3、接数据 库，推进焊接数字化。先进 焊接技术的发展总是从新的 成果中获得新的起点。80年 代初，为了满足研制高水平、 高性能飞机的需求，制造商 越来越多地采用焊接结构， 其中电子束焊作为一种先进 焊接技术，已广泛应用于飞 机主要承力构件的制造，与此同时，也有一些其它的焊接技术被广泛地应用，例如：激光焊、搅拌摩擦焊等 等。它们的应用，给国家创造出了明显的经济和社会效益。新型材料和新型构件的出现对焊接技术提出了新的课题，成为焊接技术发展 的新力量。许多新型材料如钛合金、镍基、铁基高温合金、陶瓷等的连接，特别 是异种材料之间的连接，采用传统的焊接方法是行不通的，埋弧焊、等离子焊、 电阻焊、钨极氩弧焊等
4、焊接方法于是应运而生，解决了许多了以前所不能解决的 问题，为航天事业的发展打下坚实的基础，为寻找更优化的焊接方法作先导和参 照的作用。新产品、新构件和新器件对焊接技术提出了新的要求，促进传统焊接技术的 完善和对新型焊接技术的研发，以满足发展的需求，如精密钎焊、加活性焊剂的 氩弧焊、真空扩散焊、螺旋焊等，焊接技术由于其工艺的复杂性，以及对疲劳强 度、应力变形、脆性断裂、焊接质量的要求，使得焊接对机械化、自动化、智能 化的程度高。3、飞机起落架在焊接工艺中遇到的问题飞机起落架是飞机起飞、着陆和停放的重要 装置，是支撑整个飞机重量的重要部件。它要有 承受静力载荷、冲击载荷以及疲劳载荷的能力， 因此它
5、所采用的材料应具有高强度和抗裂纹扩 张的能力。而钛合金因具有很高的强度、良好的 焊接性和耐热性而被广泛地应用于焊接中，但同 时它在焊接中也存在以下缺陷：脆化钛是一种活泼金属，在焊接高温下钛很容易 被氧化。焊接时焊缝金属和高温近焊区，不管是 哪个部位，如果不能受到有效的保护，就很容易受到空气等杂质的污染而受到脆 化。尤其是焊缝区，一旦受到污染，它脆化的程度就会更严重。(2) 裂纹由于钛和钛合金中硫、磷、碳等杂质很少，低熔点共晶很难在晶界出现，有 效结晶温度区间窄，加之焊缝凝固时收缩小，因此很少出现焊接热裂纹，但如果 保护不好，会出现应力裂纹和冷裂纹(3) 气孔气孔是钛合金焊接中最常遇到的焊接缺陷
6、，它的形成主要是因为焊缝区，特 别是焊接端面被水分、油污等污染所致。因此，要格外注意母材及焊丝的预防气 孔的处理。4、飞机起落架的焊接方法4.1焊接方法的选择关于飞机起落架的焊接方法有许多种，如火焰钎焊、手工电弧焊、真空扩散 焊等。火焰钎焊焊接过程中操作不方便，焊接接头强度太低，不利于保证焊接质 量，且火焰钎焊过程中所使用的溶剂(CJ301)加热熔化时四处流动，冷却后形 成易碎的玻璃体，需要进行清洗并烘干处理等。最重要的是，火焰钎焊焊接接头 电阻率较大，影响其导电性能；真空扩散焊虽可获得优质接头，但设备昂贵，对 工艺要求苛刻，生产效率不高。对于飞机起落架，我们常用的是手工电弧焊，它 虽能达到焊
7、接的要求，但在焊接的过程中，对焊缝的污染较大，并且由于人手存 在晃动，对焊缝也是非常不利的。通过综合分析和对比，非熔化极钨极氩弧焊(TIG)属于热输入大、功率大和热量集中的熔焊热源。采用TIG焊作为飞机起 落架的焊接，不仅弥补了上述几种方法的不足，而且可以大大提高焊接接头的机 械性能、导电性能和生产效率。采用非熔化极钨极氩弧焊，再采取必要的热工艺 等措施，会使焊接效果更佳。4.2飞机起落架的TIG焊的优点(1) TIG焊的可焊金属多，氩气是不活泼的气体,它不溶于金属，也不与空气 发生反应。并且TIG焊接过程中电弧还有自动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温合金
8、、难熔活性金属、不锈钢、有色金 属及其合金。(2) 保护效果好，焊缝质量高。Ar是最稳定的惰性气体之一，它不溶于液态 金属生成气孔，所以保护性能十分优良。焊接过程基本是金属熔化与结晶的简单 过程，因此焊缝质量高。(3) 钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流下仍可稳定燃烧，特别适用于薄 板，超薄板材料焊接。(4) 由于填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。(5) 它适合不开坡、不加填充金属的薄板及全位置焊且在焊缝区无熔渣。(6) 焊接过程易于实现自动化。5、焊前准备5.1坡口型式的设计坡口形式尺寸及装配间隙对焊缝的质量及根部裂纹倾影响很大。常用坡口形 式I形、V形、U形、X形等，装配应
9、留有一定间隙。对于起落架，如果修切坡 口壁厚为3 mm以下的零件焊修时,应选用直径为2mm3mm的钻头，在裂纹两端钻 裂孔，然后焊接。如果壁厚大于3 mm的零件上产生非穿透性裂纹，须用圆锉、砂 轮、样板、铣刀或钻头，沿裂纹的整个深度进行开槽，然后用刮刀刮修，使裂纹处 呈U形面，采用U形坡口。采用U形坡口进行焊接有许多好处:焊条能伸入坡口， 焊缝易于焊透;可以降低基体金属在焊缝中的比例，使碳、硅含量减少，焊缝不易 产生裂纹。不允许用尖錾或偏錾来开槽，因为这样会使裂纹扩张。在非穿透性裂 纹的零件上开槽和锉修时，须经常浇注磁悬液，利用材料的剩磁来判断裂纹是否 锉掉。5.2焊丝的选择采用TIG焊接工艺
10、，应选用HGH41和H18CrMoA焊丝。焊丝本身具有清理和 去除氧化物的作用。焊接使用之前，可用有机溶剂，如丙铜、汽油等也可用专门 的工业清洗剂清除油、污和灰尘；可用机械清理和化学清洗清理焊丝表面的氧化 膜，如不锈钢用纱布打磨或钢丝刷清洗理；铝合金用刮刀清理；铝、镁焊丝及重 要焊件用碱洗及酸液冲洗中和光化，使焊丝露出金属光泽。5.3保护气体的质量控制在对起落架的焊接过程中，氢和水分对焊缝氢气孔的敏感性比较强。焊接后， 焊缝容易产生气孔。因此，要严格控制氩气中水分的含量，在焊接过程中，氩气 的纯度应在99.9%以上。5.4烘干焊条焊条受潮后，如继续使用它来焊接，焊缝的质量将无法保证。因此焊接前
11、应 将电焊条在200到250的温度范围内进行烘烤，并且烘烤的时间要长一些。焊缝 不宜堆得过高，焊缝与基体金属的过渡处要圆滑。5.5检査电焊设备，并进行试焊为了确保焊接质量，焊前应任真的检查电焊机，观察接线是否接好，是否接 的正确，运转是否正常。焊条质量和电流大小都可以通过在废旧材料上试焊，进 行鉴定和判别，如规范不合适，应加以调整和修正。6、焊接&1焊接工艺措施(1) 焊前预热焊接之前，需要采用氧-乙炔火焰对焊接接头预热，预热温度一般不超过最 终热处理时的回火温度，通常为200到250摄氏度。并且，预热后，也能达到降 低熔池的冷却速度，使氢气体易析出，起到减少或消除扩散气孔的目的。(2) 对称
12、焊接飞机起落架的焊接过程中，采用TIG直流正接法对称焊接以减小焊接过程中 工件所引起的变形。(3) 坡口的清理和焊缝的保护预热后，用砂纸认真清理焊件的坡口及附近的氧化物和油等其他脏物，使其 露出金属光泽。焊接时，在导体破口处预先放置由硼酸、硼砂和水玻璃按1:1:2 的比例配合做成的黏糊状混合物。这种混合物具备高温不挥发，并能与熔池中的 氧化膜等杂质相互作用生成熔渣，敷盖在熔池表面，使熔池与空气隔离，因而能 有效防止熔池金属的继续氧化。同时也具有改善焊接工艺性能，提高焊缝成形的 功能。&2焊接工艺参数(1) 焊接电流和钨棒直径焊接电流的大小是决定焊缝熔深的主要参数，它根据工件材质、厚度、接头 形
13、式、焊接位置等因素选择，钨棒直径则根据电流大小、电流种类选择。钨棒 端部形状是一个重要的工艺参数，尖端角度对电弧引燃和稳定以及对焊缝熔深和 熔宽都有一定的影响。根据以上种种原因，我们选择的焊接电流大小为250到 400A,钨棒直径为3mm。(2) 保护气体流量和喷嘴孔径气孔流量和喷嘴孔径应相互配合，使气体形成足够挺度的层流。通常钨极氩 弧焊喷嘴孔径为5到20毫米的范围，对应保护气体流量为5到25升每分钟。焊 接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大。(3) 喷嘴与工件的距离、弧长和电弧电压喷嘴端部与工件的距离在5到14毫米之间，通常钨棒外伸长度为5到10毫 米；实用电弧长度范围为0
14、.5到3毫米，对应电弧电压为8到20伏。自动焊、 不加填充丝、小电流或工件变形小时，喷嘴端部与工件的距离、电弧长度可取下 限；反之则取上限。(4) 焊接速度焊速是用来调节热输入和焊缝形状的重要参数之一，其选择应根据工件厚度 并考虑与焊接电流等配合以获得所需的熔深和熔宽；在高速度自动焊时，还要考 虑焊速对保护效果的影响。由于以上种种原因，我们所选择的焊接速度应位于 120 至到 130mm/mino除上述的焊接方法须遵守外，我们还须注意以下几点：(1) 只允许在水平状态下补焊裂纹，禁止立焊和仰焊；(2) 补焊起落架支柱外筒焊缝上的裂纹时，必须在焊接部位的内部安装铜胀 胎，以防止变形；(3) 起落
15、架的补焊工作必须由技术熟练的焊工，经过有关干部批准，并熟悉焊 接工艺后，方可担负。7、焊后处理起落架的焊后处理得当，可以提高焊接质量。反之，不仅质量无法保证，还 会造成工件的损坏。焊后处理包括以下几项工作。(1) 等温处理为了防止焊后产生冷裂纹，焊后应立即放入炉中作等温处理，并保温2到 3小时。若没有大尺寸的炉，可用喷灯或气焊火焰进行不补充加热，已降低焊缝 的冷却速度。在不采用补充加热的情况下，应将起落架埋在热砂或热灰中，或用 石棉布覆盖，尽量设法降低冷却速度。(2) 冷作硬化处理经检查焊件确实无裂纹后，对焊缝和近缝区基体金属进行冷作化处理。冷作 加工处理采用2KM或5KM的铆钉枪，空气压力为
16、0.3MPa到0.5MPa,每平方厘米 金属上的锤击时间约为5s到12s。(3) 再次检查焊件经冷作硬化处理后，再用磁力探伤和着色检查法检查焊件是否有裂纹。 如还有裂纹，则需要对焊件在作进一步的处理。8、结语焊接质量的好坏，不仅与所选用的材料有关，还与所选用的焊接方法以及所 选用 的工艺参数有关，所以我们在焊接的过程中，应认真地考虑这些因素，并 且在以后的发展过程中，我们应不断地开发新材料和运用新的焊接方法来提高焊 接质量。参考文献：1 陈祝年焊接工程师手册M.北京：机械工业出版社，2002.2 代永朝飞机结构检修M.北京：航空工业出版社，2006.3 王成文焊接材料手册及工程应用案例M.太原：山西科学出版社，2004.4 李亚江特殊及难焊材料的焊
