關于攪拌摩擦點焊工藝裝備的研制

◎朱碩迪

傳統飛機的壁板連接多采熔焊、點焊的焊接或者鉚接的連接方式，這些常規方式有著諸多缺陷。熔焊和點焊焊接會影響鋁合金壁板的連接效果，而且施工效率不高，零件容易發生變形；鉚接連接會加重飛機的整體重量，不利于飛機減重設計發展。為了優化這些飛機零件裝配中存在的問題，逐漸研發了攪拌摩擦點焊工藝裝備技術，大幅度提高了飛機制造水平，因此這一工藝裝備技術的研制已經成為技術人員的重要研究課題。

一、研究目的

為了使目前的飛機零件裝配技術得到明顯提升，解決在飛機鋁合金材料連接時產生的質量問題和技術問題，研究一種將攪拌摩擦點焊技術和工藝裝備相結合的工裝結構。這樣可以實現攪拌摩擦點焊工藝裝備的自動化運行，提高工裝質量和效率，同時也提高了飛機零件在裝配時的可靠性和整體結構使用壽命。實現了對飛機減重，有助于飛機速度提升以及航程延伸等領域的研究。這種新型工藝裝備可以在目前多數攪拌摩擦點焊裝備上運用，可以實現對鋁合金壁板等零件材料的高質量研究。

二、攪拌摩擦點焊工藝裝備的關鍵技術及技術創新點分析

1.關鍵技術分析。

采用了真空定位吸附模塊、氣動快速裝夾與壓緊系統、光電控制系統。真空定位吸附模塊解決了薄壁型腹板和T型櫞條在焊接連接時受力不均勻發生位移變形的問題，實現不同規格、不同形狀的工件的快速定位夾緊。氣動快速裝夾系統結構簡捷，安裝維護簡單可靠性高。用來輔助壓緊零件，自動壓緊和開合的設計適用于各種壁板長桁的焊接，能夠實現焊接過程自動化。光電控制系統由光電開關和電路控制組成，光電控制系統使氣動裝置具備自動躲避攪拌摩擦點焊攪拌頭。

2.技術創新點分析。

在攪拌摩擦點焊工藝裝備中，可以不再使用鉚接連接技術，以及熔焊等焊接技術，真正實現了對壁板損傷將至最低、減少了零件材料出現變性的可能性、降低零件連接后的整體重量等方面的技術目標。采取一體化自動控制系統，不僅降低了工作人員的工作量，解放了勞動力，展現了較為突出的經濟性價值，同時也減少了人為因素引起的故障問題，做到了飛機零件和整體結構的機械化流水線制造。而且對于裝配區域周圍環境帶來的負面影響比較小，例如振動、焊接空氣污染等方面的影響較低，有助于實現飛機零件裝配的可持續發展。

三、工藝裝備材料與整體結構的設計

在攪拌摩擦點焊工裝的研制過程中，首先需要解決的是材料的選擇以及工裝結構參數的確定，材料及結構能否沿用傳統真空吸附類夾具都是在摸索著進行。

工裝結構的合理性和正確性是確定攪拌摩擦點焊設備是否安全使用的重要元素之一，工裝結構的選擇與試制都是根據待焊接材料的外形尺寸和結構來決定的，除此之外還應考慮與攪拌摩擦點焊設備的安裝連接，以及后期維護和調校等。依據提供的產品零件技術狀態為薄壁型腹板和T型櫞條的搭接狀態，為了在對零件進行攪拌摩擦點焊時腹板和T形櫞條有足夠的定位支撐，保證兩者之間不發生相對位移和形變，在工裝設計中首先采用了真空吸附定位的方案。由于在之前多項型號的工裝設計中有過相關專用真空吸附夾具的設計經驗，其中各相關技術也已成熟。

四、氣動工藝裝備夾裝系統的研制

在一套完整的攪拌摩擦點焊工裝里，除了包含有真空吸附模塊、支座框架主體、連接板和一些標準件之外，由夾持元件和壓緊元件構成的快速裝夾系統是保證產品能夠順利進行攪拌摩擦點焊的重要組成部分。為了提高生產效率、縮短產品的攪拌摩擦點焊周期，要求除了工裝本身有較高的適用性和通用性之外，同時工裝的裝夾系統還應具有快速響應和穩定性，才能滿足多批量多規格零組件的攪拌摩擦點焊需求。

氣動壓緊裝置是一種以壓縮空氣為動力源的裝置，通過氣缸壓縮空氣轉換為機械能，完成工裝所需的壓緊和夾持等多種動作。攪拌摩擦點焊工裝上采用氣動壓緊裝置有如下優點：操作簡單方便，極大減輕操作人員的勞動強度，提高工作效率；氣動反映速度快，在整個攪拌摩擦點焊過程中有效縮短輔助壓緊時間，生產效率提高；氣動壓緊裝置不像液壓壓緊裝置復雜難以維護，允許有少量泄露，因而對氣動元件的精度要求不太高，便于制造和后期保養；采用氣動壓緊裝置可以做到一人多機，實現自動化控制。

五、工藝裝備的光電系統研制

光電控制系統是集測控對象、光電傳感檢測、數字控制器、通信系統和控制驅動機構于一體的綜合測控系統。具有響應速度快、無接觸、低耗能、體積小、安裝簡單等優點。光電控制裝置在工業領域里屬于較成熟的產品，因此根據需要選擇購買相應的光電控制裝置即可。攪拌摩擦點焊工裝真空吸附臺面上一共布置了20個氣動壓緊裝置，每邊分布10個，在每兩個氣動壓緊裝置中間選擇計算合理位置布置一個光電控制裝置，當攪拌頭到達數字量點焊位置時，距離第一個氣動壓緊裝置小于100mm時，光電控制裝置接受感應，此時第一個氣動壓緊裝置接受指令自動打開，攪拌摩擦點焊攪拌頭隨即代替該位置氣動壓緊裝置進行點焊；點焊完成后設備主軸頭繼續前進，當點焊位置遠離第一個氣動壓緊裝置超過100mm時，光電控制系統感應，第一個氣動壓緊裝置自動重新壓緊零件；當點焊主軸頭距離氣動壓緊系統的第二個氣動壓緊裝置小于100mm時，光電控制系統感應，第二個氣動壓緊裝置自動打開，點焊主軸頭代替該位置氣動壓緊裝置進行點焊，以此類推開始下一個循環過程直至整個點焊過程全部完成。

結語：攪拌摩擦點焊工藝裝備是一種新型飛機零件連接技術，在現階段的飛機零件裝配中具有比較高的應用價值。相關部門和人員應當對這項技術有深入的研究和認識，這樣才能掌握這項技術的實際應用策略。廣大技術人員應當在目前攪拌摩擦點焊技術的基礎上，根據飛機材料的特征以及飛機零件和整體結構的特點，對這項技術進行不斷的優化與創新，從而使這一技術可以在飛機零件裝備中得到廣泛運用，推動航空工業的可持續發展。