李瑞山，楊守吉

（廣聯(lián)航空工業(yè)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

飛機垂尾前梁成型模具激光焊接修補工藝

李瑞山，楊守吉

（廣聯(lián)航空工業(yè)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

本文主要介紹了實際生產(chǎn)中，大型客機垂尾前梁成型模具的工藝特點及更改要求。經(jīng)過分析比較，最終選擇激光焊接修補工藝，結(jié)合實例，說明了激光焊接修補工藝具有熱影響區(qū)小，熱變形小，修補效率高，修補質(zhì)量好等優(yōu)點，具有廣闊的技術(shù)推廣價值及應(yīng)用前景。

大型客機垂尾前梁成型模具；激光焊接；模具修補工藝

1 大型客機垂尾前梁成型模具的工藝特點

大型客機垂尾前梁為碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品，產(chǎn)品的外形尺寸較大，在腹板兩側(cè)均有上下彎邊，這就要求其成型模具的四面均為工作面，因此產(chǎn)品成型難度大。產(chǎn)品的成型模具由上模、下模和左右蓋板組成，上模下模成型產(chǎn)品腹板面，左右彎邊外形用蓋板來完成外側(cè)型面的成型。模具選取的材料Q235鋼板或者鎳鐵合金材料。通過焊接形成模具的毛坯外形，在組焊過程中要保證模具的氣密性及毛坯外形的平整度，使成型模具具有受熱、傳熱均勻，耐高溫，耐腐蝕，表面粗糙度高等工藝特點。

2 大型客機垂尾前梁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其成型模具更改要求

大型客機垂尾前梁產(chǎn)品件為層壓件結(jié)構(gòu)，如圖1所示，所采用的原材料為碳纖維預(yù)浸料。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為工形，產(chǎn)品外廓尺寸為7000mm×550mm×150mm。

圖1 大型客機垂尾前梁產(chǎn)品層壓件結(jié)構(gòu)

大型客機垂尾前梁的產(chǎn)品成型模具為框架式結(jié)構(gòu)，如圖2所示，模具的外廓尺寸為8200mm×700mm×500mm，其橫 截面如圖3所示。上、下成型模具和兩側(cè)蓋板的材質(zhì)均為INVAR鋼。

圖2 大型客機垂尾前梁模具結(jié)構(gòu)圖

圖3 大型客機垂尾前梁模具橫截面

由于大型客機垂尾前梁產(chǎn)品零件減重，更改兩側(cè)櫞條型面成型角度，至使模具的腹板型面和櫞條型面尺寸發(fā)生更改。

主要更改有：

（1）需將兩側(cè)櫞條型面回彈角更改，由原來的上模1度、下模0.5度統(tǒng)一更改為現(xiàn)在的0度，完善3D數(shù)模。

（2）腹板面更改共計3處，如圖4所示。紅色方框內(nèi)為多量部分，最大多量為0.38mm，綠色方框內(nèi)不需要更改，粉色方框內(nèi)黃色區(qū)域需要補量。

（3）模具兩側(cè) 櫞條型面為對稱更改，藍色方框內(nèi)型面無變化；紅色方框內(nèi)需要補量（見圖5）。

圖4 大型客機垂尾腹板面更改

（4）針對產(chǎn)品更改要求，需要對成型模具缺量區(qū)域進行修補工作，如圖5所示。

①需要對腹板型面粉色方框內(nèi)黃色區(qū)域進行補焊，厚度為0.38mm，長度為1600mm，共計修補焊接面積為0.547m2。

②需要對櫞條型面紅色方框內(nèi)區(qū)域進行補焊，厚度為0.3～1.59mm，補量范圍3500×115；其余部分需減量，減量區(qū)域最大厚度為1.47mm。需要補焊面積為0.4025m2，兩側(cè)共計0.805m2。

圖5 櫞條型面更改

3 模具修補技術(shù)分析

由于大型客機垂尾前梁產(chǎn)品生產(chǎn)是國家重點項目，其成型模具更改工期要求緊，生產(chǎn)周期短。而且模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以需要在修補過程中使熱應(yīng)力變形降至最低，節(jié)省修補之后的加工時間。目前，針對成型模具的修補技術(shù)主要有電弧堆焊技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、電刷鍍修復(fù)技術(shù)、激光焊接修復(fù)技術(shù)。

利用電弧焊接的方法，由于電弧作用時間長，工件表面與電弧束接觸作用面積大，使得熱輸入大。故電弧堆焊修復(fù)后，工件熱影響區(qū)面積大，殘留內(nèi)應(yīng)力大，易產(chǎn)生熱裂紋，工件易產(chǎn)生嚴重的熱變形；熱噴涂技術(shù)也有熱影響區(qū)面積大，噴涂后易產(chǎn)生熱變形，與基體接觸強度低，噴涂后易產(chǎn)生缺陷，修復(fù)后模具使用壽命低的缺點；電刷鍍修復(fù)技術(shù)修復(fù)效率較低，而且修復(fù)后需對工件表面進行清洗，厚度過大時鍍層附著力下降。

激光焊接修補是以高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密修補方法，由于其具有焊接速度快，熱流密度大，深寬比大的優(yōu)點，使得其熱影響區(qū)較傳統(tǒng)氬弧焊小，焊接后殘余內(nèi)應(yīng)力小，所以模具修補后熱變形小，外觀平整，尺寸精度高，后續(xù)加工時間短。經(jīng)過認真的研究，為確保在工期要求內(nèi)高質(zhì)量的完成該工裝的修補工作，決定采用激光焊接修補工藝對該工裝進行修補。

4 激光焊接修補技術(shù)流程

對此次大型客機垂尾前梁成型模具采用的激光修補技術(shù)流程如圖6所示。首先將模具分解，檢測成型表面確定返修區(qū)域，測量模板壁厚，然后進行激光焊接修補，修補后進行熱處理消除模具內(nèi)應(yīng)力，最后進行精加工，拋光裝備，檢測模具修補情況。

圖6 激光焊接修補技術(shù)流程

激光焊接修補前對成型模具上下模進行測量，標(biāo)注補焊量，如圖7所示。

圖7 修補前成型模具測量標(biāo)注

進行激光焊接修補后成型模具形態(tài)，如圖8所示。激光焊接修補后，在數(shù)控加工前使用激光跟蹤儀檢查發(fā)現(xiàn)，模具熱變形很小，焊接修復(fù)效果很好；在數(shù)控精加工后，模具表面沒有產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，模具經(jīng)拋光后，表面粗糙度達到設(shè)計要求；根據(jù)激光跟蹤儀測量結(jié)論：表面粗糙度、尺寸精度、裝備精度均滿足設(shè)計要求。模具返修后效果如圖9所示。

圖8 激光焊接修補后成型模具形態(tài)

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