铝合金焊接整体壁板时效成形研究

Based on the tendency of integral panels in place of traditional riveted assembling structures in the manufacturing of model aircraft fuselages, this project is engaged in a new, low-cost manufacturing method, according with the design concept of modern aircrafts, namely, a kind of hybrid technology of combined friction stir welding and creep age forming, and the realization basis of this technique is explored. In this project, the foundations of this new technique are investigated through theoretical analysis, experiments, numerical simulation and micro-analysis. The realization approach of using hybrid friction stir welding and creep age forming to achieve high-performance integral panels, and the stress relaxation behavior and micro-structure evolutions resulting from the inhomogeneity of the welding joints' tissue to reveal creep forming mechanisms are discovered and investigated. The effects of technology parameters on deformation are explored, by which precision control of deformation and mechanical properties can be realized. This programme will lay solid theoretical and experimental foundations for the deformation theory and technology applications of creep age forming of integral panels, which has not only marked science value but also economical and strategic significance.

针对现代飞机机身和机翼结构件一改传统铆接装配结构而大量采用整体壁板结构的发展趋势，本项目致力于研究一种全新的、符合现代飞机结构设计理念的铝合金机翼和机身整体壁板件的低成本制造方法，即以搅拌摩擦焊技术和时效成形技术作为组合工艺，探索整体壁板低成本制造技术的实现基础。采用理论分析、工艺试验和数值模拟研究的方法，运用宏观与微观分析相结合的手段，探索利用搅拌摩擦焊-时效成形复合工艺获得高性能整体壁板结构件的实现途径；揭示铝合金搅拌摩擦焊构件在焊缝为多种组织条件下时效成形时的应力松弛行为及微观组织演变规律，从而阐明其时效成形机制；分析工艺参数的影响规律，通过参数优化匹配实现成形后构件组织变形和性能的精确控制。本项目的研究为铝合金整体壁板时效成形变形理论和工艺应用的深入研究奠定坚实的理论和试验基础，不仅具有重要的学术价值，而且还具有十分重要的经济和战略意义。

针对现代飞机机身和机翼结构件一改传统铆接装配结构而大量采用整体壁板结构的发展趋势，项目致力于研究一种全新的、符合现代飞机结构设计理念的铝合金机翼和机身整体壁板件的低成本制造方法，即以搅拌摩擦焊技术和时效成形技术作为组合工艺，探索整体壁板低成本制造技术的实现基础。采用理论分析、工艺试验和数值模拟研究的方法，运用宏观与微观分析相结合的手段，探索了利用搅拌摩擦焊-时效成形复合工艺获得高性能整体壁板结构件的实现途径；揭示了铝合金搅拌摩擦焊构件在焊缝为多种组织条件下时效成形时的应力松弛行为及微观组织演变规律，阐明了其时效成形机制；分析了工艺参数的影响规律，通过参数优化匹配实现了成形后构件组织变形和性能的精确控制。重要研究结果表明：（1）采用搅拌摩擦焊和时效成形的复合工艺能成功实现带筋壁板的成形制备，且能获得较好的构件成形质量。尽管搅拌摩擦焊的引入的不均匀特征显著，合适的工艺参数下，构件可获得较好的可时效成形性。（2）搅拌摩擦焊特征的引入会加速时效成形过程的发生；相较于无焊缝构件，最优时效参数提前，构件的成形性能整体略低。（3）合金的析出强化过程受焊缝非均匀变形特征组织的影响较大，析出强化呈现显著的区域化特征，特征组织表现出复杂的应力松弛特性。（4）建立的数值仿真技术可时效成形过程的预测和模具型面的回弹补偿和优化。（5）控制时效制度可改善焊缝结构的时效成形规律，采用电场、固溶、分级时效、预变形和超声振动等工艺可在一定程度上改善时效成形构件的应力松弛行为和析出强化特征，从而改善构件的成形性能。项目的开展为铝合金整体壁板时效成形变形理论和工艺应用的深入研究奠定坚实的理论和试验基础，不仅具有重要的学术价值，而且还具有十分重要的经济和战略意义。