关于搅拌摩擦点焊工艺装备的研制

◎朱硕迪

传统飞机的壁板连接多采熔焊、点焊的焊接或者铆接的连接方式，这些常规方式有着诸多缺陷。熔焊和点焊焊接会影响铝合金壁板的连接效果，而且施工效率不高，零件容易发生变形；铆接连接会加重飞机的整体重量，不利于飞机减重设计发展。为了优化这些飞机零件装配中存在的问题，逐渐研发了搅拌摩擦点焊工艺装备技术，大幅度提高了飞机制造水平，因此这一工艺装备技术的研制已经成为技术人员的重要研究课题。

一、研究目的

为了使目前的飞机零件装配技术得到明显提升，解决在飞机铝合金材料连接时产生的质量问题和技术问题，研究一种将搅拌摩擦点焊技术和工艺装备相结合的工装结构。这样可以实现搅拌摩擦点焊工艺装备的自动化运行，提高工装质量和效率，同时也提高了飞机零件在装配时的可靠性和整体结构使用寿命。实现了对飞机减重，有助于飞机速度提升以及航程延伸等领域的研究。这种新型工艺装备可以在目前多数搅拌摩擦点焊装备上运用，可以实现对铝合金壁板等零件材料的高质量研究。

二、搅拌摩擦点焊工艺装备的关键技术及技术创新点分析

1.关键技术分析。

采用了真空定位吸附模块、气动快速装夹与压紧系统、光电控制系统。真空定位吸附模块解决了薄壁型腹板和T型橼条在焊接连接时受力不均匀发生位移变形的问题，实现不同规格、不同形状的工件的快速定位夹紧。气动快速装夹系统结构简捷，安装维护简单可靠性高。用来辅助压紧零件，自动压紧和开合的设计适用于各种壁板长桁的焊接，能够实现焊接过程自动化。光电控制系统由光电开关和电路控制组成，光电控制系统使气动装置具备自动躲避搅拌摩擦点焊搅拌头。

2.技术创新点分析。

在搅拌摩擦点焊工艺装备中，可以不再使用铆接连接技术，以及熔焊等焊接技术，真正实现了对壁板损伤将至最低、减少了零件材料出现变性的可能性、降低零件连接后的整体重量等方面的技术目标。采取一体化自动控制系统，不仅降低了工作人员的工作量，解放了劳动力，展现了较为突出的经济性价值，同时也减少了人为因素引起的故障问题，做到了飞机零件和整体结构的机械化流水线制造。而且对于装配区域周围环境带来的负面影响比较小，例如振动、焊接空气污染等方面的影响较低，有助于实现飞机零件装配的可持续发展。

三、工艺装备材料与整体结构的设计

在搅拌摩擦点焊工装的研制过程中，首先需要解决的是材料的选择以及工装结构参数的确定，材料及结构能否沿用传统真空吸附类夹具都是在摸索着进行。

工装结构的合理性和正确性是确定搅拌摩擦点焊设备是否安全使用的重要元素之一，工装结构的选择与试制都是根据待焊接材料的外形尺寸和结构来决定的，除此之外还应考虑与搅拌摩擦点焊设备的安装连接，以及后期维护和调校等。依据提供的产品零件技术状态为薄壁型腹板和T型橼条的搭接状态，为了在对零件进行搅拌摩擦点焊时腹板和T形橼条有足够的定位支撑，保证两者之间不发生相对位移和形变，在工装设计中首先采用了真空吸附定位的方案。由于在之前多项型号的工装设计中有过相关专用真空吸附夹具的设计经验，其中各相关技术也已成熟。

四、气动工艺装备夹装系统的研制

在一套完整的搅拌摩擦点焊工装里，除了包含有真空吸附模块、支座框架主体、连接板和一些标准件之外，由夹持元件和压紧元件构成的快速装夹系统是保证产品能够顺利进行搅拌摩擦点焊的重要组成部分。为了提高生产效率、缩短产品的搅拌摩擦点焊周期，要求除了工装本身有较高的适用性和通用性之外，同时工装的装夹系统还应具有快速响应和稳定性，才能满足多批量多规格零组件的搅拌摩擦点焊需求。

气动压紧装置是一种以压缩空气为动力源的装置，通过气缸压缩空气转换为机械能，完成工装所需的压紧和夹持等多种动作。搅拌摩擦点焊工装上采用气动压紧装置有如下优点：操作简单方便，极大减轻操作人员的劳动强度，提高工作效率；气动反映速度快，在整个搅拌摩擦点焊过程中有效缩短辅助压紧时间，生产效率提高；气动压紧装置不像液压压紧装置复杂难以维护，允许有少量泄露，因而对气动元件的精度要求不太高，便于制造和后期保养；采用气动压紧装置可以做到一人多机，实现自动化控制。

五、工艺装备的光电系统研制

光电控制系统是集测控对象、光电传感检测、数字控制器、通信系统和控制驱动机构于一体的综合测控系统。具有响应速度快、无接触、低耗能、体积小、安装简单等优点。光电控制装置在工业领域里属于较成熟的产品，因此根据需要选择购买相应的光电控制装置即可。搅拌摩擦点焊工装真空吸附台面上一共布置了20个气动压紧装置，每边分布10个，在每两个气动压紧装置中间选择计算合理位置布置一个光电控制装置，当搅拌头到达数字量点焊位置时，距离第一个气动压紧装置小于100mm时，光电控制装置接受感应，此时第一个气动压紧装置接受指令自动打开，搅拌摩擦点焊搅拌头随即代替该位置气动压紧装置进行点焊；点焊完成后设备主轴头继续前进，当点焊位置远离第一个气动压紧装置超过100mm时，光电控制系统感应，第一个气动压紧装置自动重新压紧零件；当点焊主轴头距离气动压紧系统的第二个气动压紧装置小于100mm时，光电控制系统感应，第二个气动压紧装置自动打开，点焊主轴头代替该位置气动压紧装置进行点焊，以此类推开始下一个循环过程直至整个点焊过程全部完成。

结语：搅拌摩擦点焊工艺装备是一种新型飞机零件连接技术，在现阶段的飞机零件装配中具有比较高的应用价值。相关部门和人员应当对这项技术有深入的研究和认识，这样才能掌握这项技术的实际应用策略。广大技术人员应当在目前搅拌摩擦点焊技术的基础上，根据飞机材料的特征以及飞机零件和整体结构的特点，对这项技术进行不断的优化与创新，从而使这一技术可以在飞机零件装备中得到广泛运用，推动航空工业的可持续发展。