[发明专利]对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法

说明书

本发明提出了一种对称式筋骨‑蒙皮钣焊轻型金属结构的电阻焊方法，属于金属结构制造加工技术领域。本发明使用与骨架内腔形状吻合的过渡电极，将过渡电极塞入焊接位置的腔体内侧，按照三角形斜面角度设计打磨焊接电极，使用常规上下施加电极力的电阻焊方式，使焊接电流通过上电极、上蒙皮、过渡电极、下蒙皮、下电极形成回路，同时在上蒙皮与骨架上侧面和下蒙皮与骨架下侧面之间同时形成两个焊核，通过调整电极形状、电极压力，增加预热预压、后热后压等保证焊接质量。充分发挥电阻焊的焊接特性，一次焊接形成2个焊接接头，有效解决了焊接空间狭小、焊接厚度比大的问题，保证焊接接头的对称性，提高焊接效率50％以上。

技术领域

本发明涉及一种轻型结构的电阻点焊工艺方法。更具体地涉及一种应用于对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型结构的高效率电阻点焊工艺方法。属于金属结构制造加工技术领域。

背景技术

对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构是一类特殊的轻型结构类型，该结构常应用于航空航天飞行器舵、翼结构设计方案中，具有高尺寸精度、高比强度、重量轻、结构简单、制造周期短、制造成本低等特点。为了有效控制飞行器的飞行轨迹并提高飞行距离，舵、翼部件一般规定了严格的尺寸精度，同时要求尽量减轻重量。这类结构通常采用空间六面体外形设计，截面呈对称三角形。使用不锈钢、钛合金、铝合金等金属材料，是典型的对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型结构。该类构件要求特定的外形几何形状、精度，保证一定的结构刚性，并尽量降低结构重量，该结构的设计思路是使用两侧薄蒙皮的中空结构，构件几何外形通过两侧蒙皮的钣金成形工艺保证。过薄的蒙皮厚度和较大的结构长宽比，容易造成结构整体刚性不足，为加强构件的刚性和强度，往往在构件的蒙皮内部空腔的关键位置设置钣金成形的筋骨加强件，起到支撑、固定、加强整体刚性和保持构件几何形状的目的。筋骨加强件与两侧的蒙皮通过焊接方法连接，焊接方式多选用电阻点焊。但是因为该类构件的结构特点，中间腔体内部空间狭小，蒙皮厚度薄，内部的加强筋骨架材料较厚，点焊接头的材料焊接厚度比较大，电阻点焊难度大，生产效率低。

飞行器舵、翼部件对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构特点如下：(1)多设计采用空间六面体形状，以便实现飞行器空中高速飞行的气动要求；(2)采用对称式筋骨－蒙皮钣焊轻型结构的飞行器翼面，设计结构采用两侧外置薄壁蒙皮，中间关键部位内衬骨架的结构形式，能够在保证整体尺寸精度和强度的条件下，减轻结构重量，该结构纵截面形状均呈等腰三角形；(3)综合考虑产品性能、减重要求、工艺设计、制造周期、可靠性、制造成本等方面的要求，该结构多采用电阻点焊连接筋骨与蒙皮，以及电阻缝焊封边的结构设计。(4)该结构存在如下焊接难点，第一，焊接操作空间狭小，常规点焊设备难以进入焊接区域背面进行加压通电操作，需要制作专用电极；第二，焊接厚度比超过标准要求，常规点焊材料厚度比一般小于2,蒙皮与加强骨架的材料厚度比常常超过常规的点焊厚度比极限，焊核中心容易向厚件偏移，影响焊接质量，厚度比超过2倍的点焊接头一般采用单面点焊；第三，焊点多设计呈对称分布，单面点焊后保证两侧蒙皮焊点对称性比较困难。

例如，某飞行器翼面结构如附图1所示，翼面长782mm，宽20mm，高126mm，两侧蒙皮间距0～18mm,中间夹4件腹板加强筋骨架通过点焊与两侧0.6mm的蒙皮连接，腹板加强筋材料厚度2mm。

点焊需要在焊点位置两侧同时施加电极压力并通电，依靠电阻热形成焊核，以上95％以上的点焊焊点一侧的空间仅有不到20mm,普通点焊机的电极无法到达焊接位置完成焊接；部分焊点没有放置X光底片的空间，无法通过x光探伤检验焊接质量，所以要求必须一次焊接合格，对焊接规范的稳定可靠性要求高。同时工件的散热条件、分流情况复杂，并且随着焊接的进行不断变化，对焊接工艺的适应性和工艺裕度要求高。

常规的电阻焊工艺焊接方法如下：根据结构形式，使用常规上电极和异形下电极，使得下电极能够伸进结构中间的加强筋骨架内部，上下电极共同作用通电加压使得蒙皮与筋骨的接触位置产生电阻热并在焊接压力的作用下形成焊核。工艺难点：对称式筋骨-蒙皮钣焊轻型金属结构内部空间狭小，下电极往往厚度较小，能够承受的焊接压力非常有限，影响焊接质量。骨架与蒙皮的材料厚度比较大，焊核容易向厚件方向偏移，在薄壁蒙皮上的焊透率偏低。