[发明专利]一种减小T型结构件焊接挠曲变形的预拉伸装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种T型结构件的焊接装置及方法，具体涉及一种减小T型结构件焊接挠曲变形的预拉伸装置及方法。

背景技术

目前，由长桁和蒙皮构成的T型结构件是大型客机机身壁板的主要结构形式，这种结构目前主要采用传统的铆接方法进行连接。铆接技术作为一种机械连接方式，其工艺简单，强度稳定可靠，检查和排除故障容易，特别适用于对安全性能要求极高且需要重复使用的商用客机的制造，但铆接由于使用大量铆钉及密封材料导致了机身重量增加，不利于机身轻量化的发展方向。同时，铆接技术经过长期发展日趋完善，其发展潜力已经基本被充分挖掘，未来虽然还可以在质量上和技术上加以提升，但想要取得较大程度的发展所面临的难度极高。

20世纪90年代初，德国空客公司联合欧洲多家激光焊接研究机构和激光焊接设备制造商率先开展了机身壁板双侧激光焊接技术的研究工作来代替传统的铆接技术，以期通过制造工艺的改变来实现减轻机身重量的目的。该技术先后被成功应用于空客A318、A380系列飞机下机身壁板的批量化加工制造过程中，实现了减轻机身重量和降低制造成本这两个最为重要的目标。“基于以上所述，公开号为CN106134313B的专利公开日为2014年2月9日的一种应用于VPPA焊接的预拉伸方法，并公开了一种应用于VPPA焊接的预拉伸方法，公开了第一夹持机构、第二夹持机构、拉伸传感器、承立柱、待焊接零件、液压机构和反转机构，液压机构设置在承立柱底座平面上，其上设置带槽道的垫块，反转机构通过轴座与承立柱连接固定，第一夹持机构通过旋转轴与反转机构的金属杠杆连接，第二夹持机构与拉力传感器连接，第一夹持机构、第二夹持机构均为自锁机构，包含一个夹持块和两个楔形块，夹持块带有带有燕尾槽，楔形块得到一面为45°斜面安装于夹持块的燕尾槽斜面上，楔形块的另一面带有尖齿，用于夹紧待焊接零件。该文献中没有公开能进行T型结构双侧焊接的装置和方法，以及没有公开对焊接件进行水平放置的装置，没有公开通过牵引滑块圆柱定位销和测量滑块圆柱定位销对蒙皮进行局部拉伸固定的装置和方法。

机身上的长桁-蒙皮T型结构件通常是由铝合金或铝锂合金材料制成，然而这类材料的热膨胀系数较大，弹性模量较小；此外，双侧激光焊接过程中激光束的高能量密度导致蒙皮和长桁的不均匀受热，并在焊缝冷却过程中发生局部收缩变形；加之，T型结构件的刚度较大，局部的收缩形变无法被释放；以上诸多因素导致了这种长桁-蒙皮焊接后获得的T型焊接结构件存在明显的挠曲变形，以挠度d表示，如图8所示。过大的挠曲变形使机身壁板产生较大残余装配应力，影响机身的服役性能，甚至会直接导致机身壁板组件无法安装。为了消除T型结构件的挠曲变形。通常采用机身喷丸或去应力热处理的方法，然而，机身喷丸极容易对机身表面造成伤害，同时该方法对工艺参数要求很严格；机身去应力热处理会改变母材的原始热处理状态而破坏母材的力学性能。显然，机身喷丸和去应力热处理的方法均需要投入大量资金且难以实现，大大增加了飞机的制造成本并降低了生产效率。

如果能够在双侧激光焊接之前对长桁进行预拉伸变形，将会在焊后显著减小T型焊接结构的挠曲变形，无需复杂繁琐的后续矫形处理，降低飞机制造成本并提高生产效率。

发明内容

本发明为解决T型结构件双侧激光焊接后存在挠曲变形，需要采用机身喷丸或去应力热处理的方法消除挠曲变形的问题，以及现有技术没有公开通过拉伸滑块定位销和测量滑块定位销对蒙皮进行局部拉伸固定的装置和方法，而提出了一种减小T型结构件焊接挠曲变形的预拉伸装置及方法。