先进航空焊接技术
焊接技术在航空航天制造中的应用研究
焊接技术在航空航天制造中的应用研究作为人类最伟大的发明之一，飞行器运载我们抵达世界各地，探索宇宙的奥秘。
而实现飞行器的安全可靠，焊接技术的贡献却鲜少被人们所关注。
在航空航天制造领域，焊接技术的应用对于飞行器的性能、重量、寿命、运行成本等方面都有着至关重要的作用，值得我们深入探讨。
1. 焊接技术在航空航天制造中的应用焊接作为常见的方法来连接金属材料，在航空航天制造中得到了广泛的应用。
航空航天制造的焊接分为气室建造、机身连接和线路连接等多个方面。
1.1 气室建造飞行器的气压器件是由多个薄壁的气室组成的，这些气室在飞行过程中不断承受外部高速气流的冲击。
因此，对于气室结构焊接质量以及气室与气室之间的连接焊点质量都有很高的要求。
现在的航空航天制造中，常使用薄壁焊接及激光焊接技术，来保证气室结构的安全承载能力。
同时，这些技术可以较大程度地加速气室制造的速度。
1.2 机身连接飞行器的机身连接涉及到了多个不同材质的组装。
平时人们不太注意，但要保证飞行器连接处焊接质量达标，才能保证飞行器能够顺利进行高空飞行。
为了保证焊接质量，焊接工作需要进行自动化加工，比如经常使用的自动焊接机器人，常用的焊接技术有电弧焊（极气保护焊、抵抗牢固或滑动焊接）、激光焊、摩擦焊等等。
从而达到机身连接后的一体化强度和质量的要求。
1.3 线路连接电子元器件是飞行器中最脆弱可靠的组件，它们需要连接到各种系统和信号源中。
为了保证飞行器的连通性和信号传输质量，这些元器件需要定制化的焊接连接。
针对不同电子元器件及不同电路，应选用不同的焊接方式，比如BGA封装，通过焊盘和焊点的形式进行连接。
焊点形式有球形焊点、圆锥形焊点和长方形焊点等，以及手工盘焊，自动机器人焊等等。
2. 焊接技术应用约束焊接技术虽然在飞行器制造的任何一个环节中都有应用，但是在制造过程中有一些特殊之处。
2.1 低温环境要求飞行器在飞行过程中，经过了极端的高空低温环境，但各个金属材料的热胀冷缩系数不同，因此高温条件下的时钎焊、电弧焊等应该慎重。
先进航空材料和复杂构件的焊接技术
第26卷 第3期2006年6月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol .26,No .3June 2006先进航空材料和复杂构件的焊接技术李晓红,毛 唯,熊华平(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:概述了一航材料院在十五期间对先进航空材料和复杂构件的焊接技术研究的主要结果与进展,其中包括已经获得实际应用的焊接技术以及相关有价值的探索性研究结果。
关键词:航空材料;构件;焊接技术中图分类号:T G40 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0320276207收稿日期6232;修订日期6232作者简介李晓红(6),男,博士,研究员,(2)x L @ 十五期间,一航材料院焊接研究室针对新型航空材料焊接性与相关技术以及复杂构件的焊接技术,开展了深入的试验研究工作,取得一系列成果,为新型航空材料的应用和复杂构件的设计制造提供了技术支撑。
1 高温合金的焊接高温合金可在600～1100℃的氧化和燃气腐蚀条件下,承受复杂应力,长期可靠地工作,是制造航空发动机热端部件的重要材料[1]。
1.1 先进铸造高温合金的钎焊与扩散焊近年来,一航材料院针对高性能航空发动机高压涡轮工作叶片和导向叶片的设计需求,对定向凝固高温合金、单晶合金和定向凝固N i 3A l 基高温合金的钎焊和过渡液相扩散焊(T LP 扩散焊)技术进行了深入系统的试验研究,研制了一系列具有自主知识产权的钎料和中间层合金,制定了钎焊或T LP 扩散焊工艺,获得了具有较好力学性能的高温合金接头,已用于高性能航空发动机高压涡轮叶片的研制和生产。
1.1.1 定向凝固高温合金的钎焊及TLP 扩散焊工艺研究对在我国航空发动机高压涡轮工作叶片上应用较多的定向凝固高温合金DZ22、D Z125的钎焊和TLP 扩散焊工艺进行了研究。
采用BCo45Cr N i WB Si 钎料钎焊DZ 22合金,接头980℃持久强度达母材性能指标的60%;采用专为DZ22合金研制的非晶态箔带状中间层合金Z2F,对DZ22合金进行T LP 扩散焊,接头980℃持久强度达母材性能指标的90%[2]。
焊接技术在航空工程中的应用及其挑战
焊接技术在航空工程中的应用及其挑战航空工程作为一门高度复杂和精密的技术领域，对于各种工艺和技术的要求都非常严格。
在航空工程中，焊接技术作为一种重要的连接工艺，扮演着不可或缺的角色。
本文将探讨焊接技术在航空工程中的应用以及所面临的挑战。
一、焊接技术在航空工程中的应用1. 飞机结构焊接飞机作为一种复杂的机械结构，需要使用大量的焊接工艺来连接各种金属构件。
焊接技术在飞机结构中的应用主要包括飞机机身、机翼、发动机和起落架等部件的连接。
这些部件需要经受高温、高压和复杂的载荷，因此焊接接头的质量和可靠性对于飞机的安全性至关重要。
2. 航空发动机焊接航空发动机是飞机的心脏，其工作环境极其恶劣，要求发动机的耐高温、耐腐蚀和高强度等性能。
焊接技术在航空发动机的制造中起到了至关重要的作用。
例如，涡轮叶片的制造中需要采用先进的焊接技术，确保叶片的高强度和耐久性。
3. 航空航天器焊接航空航天器是人类探索宇宙的重要工具，其制造过程需要使用大量的焊接技术。
航天器的结构通常由多个模块组成，这些模块需要通过焊接连接起来。
焊接技术在航空航天器的制造中不仅需要满足结构强度和可靠性的要求，还需要考虑轻量化和耐高温的特殊需求。
二、焊接技术在航空工程中的挑战1. 材料选择和匹配航空工程中使用的材料种类繁多，包括铝合金、钛合金、镍基合金等。
不同材料的焊接特性和性能差异很大，因此在焊接过程中需要选择合适的焊接材料和工艺。
材料的选择和匹配对于焊接接头的质量和可靠性至关重要。
2. 焊接接头的质量控制焊接接头的质量控制是焊接技术在航空工程中的关键挑战之一。
焊接接头的质量直接影响到航空器的安全性和可靠性。
因此，焊接过程中需要严格控制焊接参数、焊接质量和焊接缺陷的检测，确保焊接接头的质量符合要求。
3. 焊接接头的疲劳性能航空工程中的焊接接头需要经受复杂的载荷和振动，容易产生疲劳裂纹和断裂。
焊接接头的疲劳性能是航空工程中的另一个挑战。
为了提高焊接接头的疲劳寿命，需要采用先进的焊接工艺和材料，以及进行适当的疲劳试验和分析。
焊接技术在航空航天领域的应用
焊接技术在航空航天领域的应用航空航天领域是一个高技术含量的领域，而焊接技术是其中不可或缺的一部分。
在航空航天领域中，焊接技术应用非常广泛，涉及到航空飞机、宇宙飞船以及航天卫星等领域。
随着技术的不断发展，焊接技术在航空航天领域中的应用也越来越多。
首先，焊接技术在航空飞机制造中的应用非常广泛。
航空飞机是现代机械制造中最为高端的产品之一，其制造需要使用大量的焊接工艺。
在飞机制造中，焊接技术主要应用于飞机的翼、机身以及发动机等部件的连接和加固。
通过使用高品质的焊接工艺，可以很好地确保飞机各个零部件的紧密连接，从而保证机体的整体性能。
其次，焊接技术在宇宙飞船制造中也有重要应用。
与飞机相比，宇宙飞船的制造复杂程度更高、结构更为精密。
宇宙飞船制造中需要使用的焊接工艺包括手工焊接、机器人焊接、激光焊接等。
这些工艺都需要经过严格的工艺流程控制和质量管理，以保证焊接质量的稳定性和可靠性。
通过使用焊接工艺，可以很好地保证宇宙飞船各个部件的紧密连接，从而确保宇宙飞船在航行过程中的稳定性和安全性。
最后，焊接技术在航天卫星制造中也有着重要应用。
航天卫星需要具备高度的精密性与可靠性，因此对焊接工艺的要求也非常高。
在卫星制造中，焊接技术主要应用于卫星的载荷平台、机身框架以及太阳能电池板等部件的连接。
通过使用高品质的焊接工艺，可以保证卫星各个零部件之间的稳固连接，从而实现卫星能够在太空中稳定运行的目的。
总之，在航空航天领域中，焊接技术是一个非常重要的技术手段。
通过使用高品质的焊接工艺，可以很好地保证航空飞机、宇宙飞船以及航天卫星等高档产品各个部件之间的紧密连接和稳定性。
未来随着技术的不断发展，焊接技术在航空航天领域中的应用也将随之不断增多。
激光深熔焊接技术在航空航天中的应用
激光深熔焊接技术在航空航天中的应用随着科技的不断发展，航空航天工业也在不断创新，以满足日益增长的需求。
其中，激光深熔焊接技术作为一项先进的焊接技术，正逐渐在航空航天领域中得到广泛应用。
本文将探讨激光深熔焊接技术在航空航天中的应用，并分析其优势和挑战。
激光深熔焊接技术是一种利用高能密度激光束对工件进行瞬时加热，使工件表面瞬间融化并形成焊缝的焊接方法。
相比传统的焊接方法，激光深熔焊接技术具有许多优势。
首先，激光焊接具有高能量密度和高聚焦度，能够实现高速、高质量的焊接。
其次，激光焊接无需接触工件表面，避免了传统焊接中可能产生的变形和损伤。
此外，激光焊接还可以实现自动控制和远程操作，提高了工作效率和安全性。
在航空航天领域中，激光深熔焊接技术被广泛应用于航空发动机、飞机结构件以及航天器部件的制造和维修中。
首先，激光深熔焊接技术在航空发动机的制造中发挥着重要作用。
航空发动机是飞机的“心脏”，其关键部件需要具备高强度和高耐热性。
激光深熔焊接技术可以实现对高温合金材料的焊接，确保航空发动机的可靠性和性能。
其次，激光深熔焊接技术还被应用于飞机结构件的制造。
飞机结构件需要具备轻量化和高强度的特点，而激光焊接可以实现对不同材料的焊接，满足飞机结构件的要求。
此外，激光深熔焊接技术还可以用于航天器部件的制造和维修，提高了航天器的可靠性和寿命。
然而，激光深熔焊接技术在航空航天领域中的应用也面临一些挑战。
首先，激光焊接设备的成本较高，需要大量的投资。
其次，激光焊接对工件的材料要求较高，对于特殊材料的焊接仍存在一定的困难。
此外，激光焊接过程中产生的高温和高能量也会对工件造成一定的热影响区，可能导致材料性能的变化。
因此，在航空航天领域中应用激光深熔焊接技术时，需要综合考虑材料特性、工艺参数以及设备性能等因素，以确保焊接质量和工件性能。
综上所述，激光深熔焊接技术在航空航天中具有广泛的应用前景。
它不仅可以提高航空发动机、飞机结构件和航天器部件的制造质量和效率，还可以满足航空航天领域对轻量化和高强度的要求。
激光焊接技术在航空制造业中的应用案例分析
激光焊接技术在航空制造业中的应用案例分析激光焊接技术在航空制造业中的应用案例分析激光焊接技术是一种将高能量激光束聚焦在金属表面，通过熔化金属表面实现接触连接的先进制造技术。
随着航空制造业的发展，激光焊接技术在航空制造中的应用也越来越广泛。
本文将通过几个实际案例来分析激光焊接技术在航空制造业中的应用。
案例一：飞机机身焊接飞机机身是飞机结构中最关键的部分之一，机身的坚固和稳定对于飞行安全至关重要。
激光焊接技术在飞机机身焊接中具有很大的优势。
激光焊接技术可以在较短的时间内实现高质量的焊接，且焊缝小，焊接区变形小。
激光焊接技术还可以实现对多样化结构的焊接，适用于复杂的机身结构。
某航空制造公司采用激光焊接技术对飞机机身进行焊接，不仅大幅度提高了焊接效率，还提高了焊接质量和机身的稳定性。
案例二：复合材料加工复合材料在航空制造业中应用广泛，如碳纤维复合材料等。
激光焊接技术在复合材料加工中也有着重要的应用。
传统的复合材料连接方式主要是粘接和机械连接，然而粘接容易受到温度和湿度的影响，机械连接则容易产生应力集中。
激光焊接技术能够实现复合材料的无损连接，焊接效果优于传统连接方式。
激光焊接技术在复合材料加工中的应用案例有很多，例如采用激光焊接技术连接飞机翼尖制造中的碳纤维复合材料。
案例三：涡轮叶片修复航空发动机是飞机的心脏，发动机叶片的质量和性能对发动机效率和寿命有着重要影响。
由于工作环境的恶劣和使用寿命的限制，发动机叶片容易受到磨损和损坏。
激光焊接技术在发动机叶片修复中具有独特的优势。
激光焊接技术可以实现精确而快速的叶片修复，不仅能够恢复叶片的原有形态，还可以提高叶片的抗疲劳性能。
某航空维修公司采用激光焊接技术对受损的涡轮叶片进行修复，大大提高了叶片的寿命和使用效率。
案例四：航空电子制造航空电子制造对焊接工艺要求非常高，激光焊接技术能够满足这种要求。
激光焊接技术可以实现高精度、高速度的焊接，焊缝形状和大小可以精确控制。
航空弧焊新技术之超高频脉冲TIG焊接技术
航空弧焊新技术之超高频脉冲TIG焊接技术超高频脉冲TIG焊接技术可实现20kHz以上的电流变换频率且具有超快速的电流沿变化速率(di/dt≥50A/us)，在其基础上可分别进行超高频直流脉冲TIG焊及超高频变极性脉冲TIG焊，完成对钛合金、铝合金等航空工业常用金属材料的焊接加工。
结果表明，超高频脉冲TIG焊接技术可有效降低焊缝的气孔敏感性，细化晶粒，显著提高焊接接头力学性能，能大幅提升航空飞行器焊接结构件的综合性能，具有重要的工程意义和广泛的应用前景。
焊接作为一种传统的材料加工技术，在航空工业占有重要地位，广泛应用于飞机结构件连接、发动机制造等领域，其主要对象为钛合金、铝合金等金属材料，目前，尽管高能束流焊接（电子束、激光焊等）和固态焊接技术（搅拌摩擦焊等）都取得了较大进步，但钨极氩弧焊（TIG 焊）作为航空工业中针对钛合金、铝合金的常用焊接方式，仍将以其独特的优势和工艺特点在今后相当长一段时间内占据重要地位。
钛合金具有较高的比刚度、优异的抗腐蚀性能，同时具有密度小，韧性和焊接性好等特点，在航空器制造中应用广泛，目前使用的钛合金中有50%为a + b双相Ti-6Al-4V钛合金。
2219高强铝合金因为其优良的性能在航空领域也得到广泛应用。
由于TIG焊局部加热的工艺特点，常规TIG焊钛合金焊件普遍存在接头晶粒粗大和组织不均匀的问题；2219铝合金常规TIG焊接头强度仅为母材金属的50%~60%，接头软化严重，气孔倾向性大。
以上问题都阻碍了航空工业中常用金属材料的焊接加工，因此需要改进常规TIG焊技术以满足工程需求。
随着现代先进电源变换理论的发展，脉冲TIG焊作为一种先进的焊接工艺方法逐步在航空焊接中得到了广泛应用和推广，研究表明在自由电弧的基础上加入高频脉冲电流可提高电弧稳定性，促进焊缝晶粒细化，提高接头力学性能，有利于改善焊接质量。
超高频脉冲TIG焊接技术基于新型电源拓扑大幅提升了电流沿变化速率(di/dt≥50A/us)，可输出20kHz以上的超高频脉冲方波电流，进一步增大了电弧能量密度、电弧力，提高了焊缝质量，并将在钛合金、铝合金等金属材料的航空器零部件加工中逐步得到应用，对焊接结构件的综合性能提升作用显著，具有重要的工程应用价值。
焊接技术在航空制造中的应用
焊接技术在航空制造中的应用一、引言航空制造是一项高度精密工艺，要求对材料的性质、工艺的控制和成形等方面都有较高的要求。
而焊接技术在航空制造中的应用则是为了满足对金属材料焊接强度和耐腐蚀性等方面性能要求的提升。
本文主要介绍焊接技术在航空制造中的应用及其重要性。
二、航空制造中的焊接技术1、焊接技术的种类航空制造中主要采用以下几种焊接技术：电弧焊、气焊、激光焊和电子束焊等。
- 电弧焊：是利用电弧加热金属材料，使其熔化后再冷却凝固形成焊缝的一种焊接方式。
其正常工作原理为，在直流或交流电流作用下，焊条和工件之间的空隙中形成电弧，通过电弧能量将工件加热至其熔点以上并离子化金属表层，同时焊接时的推力还能帮助将金属熔池压缩紧固。
- 气焊：是利用燃气和空气加热，使金属熔化后再冷却凝固形成焊缝的一种焊接方式。
气焊连接的低碳钢粘结强度较低，易产生开裂和变形的现象。
- 激光焊：是用高能量激光束加热焊件，使其熔化后再冷却凝固形成焊缝的一种焊接方式。
激光焊具有高品质的焊接效果、速度快、热影响区小等特点，在航空制造上有着广泛的应用。
但是激光焊机的价格较高，且需要高精度辅助设备来确保精度和稳定性。
- 电子束焊：是利用电子束的高能量流密度，将工件表面加热至高温后再瞬间冷却凝固，从而实现焊接的一种方法。
电子束焊具有较高的精度和能源利用率，但需要高精度辅助设备，且需要真空环境下进行操作。
2、焊接技术在航空制造中的应用随着社会经济的不断发展，人们对于航空制造中的材料强度和耐腐蚀性等性能指标的要求不断提高。
这就需要针对航空制造中常用的铝合金、钛合金等金属材料，选择合适的焊接技术和方法，以保证焊缝的性能和强度要求。
在航空制造中，焊接技术的应用主要体现在以下几个方面：- 涡轮发动机叶片连接组件的制造中，多采用氩弧焊、激光焊等技术，保证焊缝品质。
- 军用飞机的制造中，电子束焊的应用超过了其它类型的焊接技术。
由于电子束焊热量小并且有良好的定向性，所以对航空制造中常用的钛合金等材料进行连接时具有明显的优势。
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航空发动机整体叶盘结构修复 的连接 [4]，降低了结构重量，提高了
已有应用。今后的研究重点是：TLP 的研究重点是：可修复缺陷范围的 生产效率和使用安全性（图 3）。
连接中间层合金设计技术；特种材 界定、缺陷去除范围和评估、焊接修
美国普惠公司完成涡轮叶片
2013 年第 11 期·航空制造技术 33
封面文章 COVER STORY
封面文章
COVER STORY
配的中间层在焊接温度下发生一定 料 TLP 焊接的工艺问题，如焊接后 复工艺和变形控制技术、焊接缺陷控
程度的熔化后填充焊缝，固液相之间 熔蚀、多晶化及强化相控制技术等。 制及检测技术、焊后局部热处理技
相互扩散，随后发生以基体为母晶的 外延生长方式的等温凝固，再经过充
焊接修复及增材制造技术
图2 激光修复叶片
图3 激光焊接设备及工装
所需部件的自动激光焊接，如 JT9D 和 F LO 的二级涡轮转子叶片以及 V2500、F100- P W -220、P W2037、 PW4000 等发动机的涡轮叶片、导向 叶片、机匣、燃烧室等。美国 GE 公 司也已成功完成了发动机导向叶片 组件的激光焊接，有效地解决了镍基 合金零件激光焊接变形与裂纹等问 题，并用 6kW 的 CO2 激光设备焊接 喷气发动机燃烧室衬套。英国 R&R 公司用固体激光器与机器人组合完 成钛合金和高温合金的自动化焊接， 保证了焊缝和焊接过程的一致性，减 少了焊接变形，接头残余应力低，大 大减少校形工作量。国外还在金属 间化合物等特殊材料（如 Ni3Al）激 光焊方面做了很多研究工作。
杂结构及特殊材料高温部件时体现 道称经激光快速成型修复后叶盘通 电子束焊的 1.4 倍。
出极好的工艺适应性，焊缝综合性能 过试车考核，但零件疲劳强度降低了
国外已将激光焊代替传统工艺
好。国内现已开展了相关研究，并已 20%~30％左右。
大量应用于飞机钛合金壁板和桁条
取 得 一 定 进 展，在 一 些 高 温 部 件 上
金属间化合物合金导向叶片上率先 寿命评估方面已形成完整的工程化 外，近年来增材制造技术在焊接修
采用 TLP 技术获得成功，使不能采 体系。目前，国内航空发动机涡轮叶 复领域受到极大关注。增材制造技
用熔焊方法实现可靠连接的新型高 片等热端部件焊接修复存在的技术 术因其在生产和维修方面的突出优
温材料应用范围大大增加，降低结构 难点有：
术、焊后零件自适应加工及变形控制 技 术、焊 后 零 件 性 能 恢 复（强 化）技
分扩散，获得与基体材料组织性能相
每年全球航空发动机（燃机）零 术、修复后零件质量评估及寿命考核
近的焊缝组织。TLP-DB 适用于难 件，尤其是热端部件修复市场有数十 等，尤其对新型航空发动机整体叶盘
焊接材料的连接，如金属间化合物、 亿美元的规模，国外的焊接修复技术 零件，修复后材料性能恢复和零件性
结构件等民用行业。近年来，随着航 用。国外的激光冲击强化试验表明： 基础研究；冲击强化后评价方法研
空发动机行业对焊接修复构件非热 激光冲击强化能将整体叶盘缺口疲 究；激光强化技术标准体系建立等。
处理方法消除残余应力的迫切需求， 劳强度提高 1 倍以上；国内对铝合金
中航工业黎明公司开展了超声冲击 和振动时效工艺基础试验研究工作， 并针对薄壁无余量机匣进行了处理
激光表面冲击强化研究的结果显示， 激光强化后材料表面粗糙度降低，表 面位错密度增加，导致表面硬度值提
参考文献
[1] Arafin M A, Medraj A, Turner D P, et al. Transient liquid phase bonding of Inconel
后的应力测试，试验数据表明，采用 高频超声冲击设备对补焊多次的钛 合金焊缝进行去应力处理，残余应力 消除率达到 70％以上，提高疲劳循 环次数 2~3 倍，完全能够满足焊接修
余应力小，比电子束焊要求的装配精 度低，在焊接过程中送丝可实现空间 复杂形状安装座的角焊缝焊接。与 MIG 和激光焊相比，激光复合焊接的 热源形式决定了其有更大的熔深和 更好的外观质量。
激光复合焊接技术在航空发动 机薄壁零件制造上有极大的优势和 应用空间。焊接变形是影响薄壁零 件质量和生产效率的主要因素之一， 焊接变形的存在不仅影响产品的制 造过程，更重要的是也影响产品的使 用性能。产生零件焊接变形的根本 因素是焊接过程中不均匀的加热和 冷却造成的温度应力和材料组织转 变（相 变）引 起 的 组 织 应 力，而 焊 后 残余应力还会对零件最终加工精度 和尺寸稳定性、沉淀强化合金再热裂 纹的产生以及零件的疲劳强度产生 很大的不利影响，因此实现焊接变形 控制是薄壁机匣类零件焊接的最主 要技术难点 [5]。采用激光复合自动 化焊接工艺是保证工艺过程稳定并 控制零件变形、保证焊接工艺一致性 和稳定性的最直接方法。
封面文章 COVER STORY
先进航空焊接技术
Advanced Aviation Wedling Technology
中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 曲 伸 宋文清 黄青松 倪建成 杨 烁
从先进航空发动机焊接技术的发展趋势看，过渡液相 扩散连接（TLP-DB）、焊接修复及增材制造技术、激光（复合） 焊接技术和焊接表面完整性（焊缝性能恢复及增强技术）等 会成为今后新结构、新材料连接技术的重要发展方向。
易解决，因此这些都是在技术开发中 光修复的单晶涡轮叶片和钛合金叶 应重点研究的问题。目前国内已在 片 [3]。
一些发动机和燃机压气机叶片、涡轮 叶片上采用多种焊接工艺修理并取
激光复合焊接技术
得较大进展，但一些关键技术未能突
激光的能量密度要比电子束高
破，还没有达到国外的工程化、大批 一个数量级，因此更能体现出高能束
1.20
额定 HCF 强度
过热处理消除应力和恢复性能，对产
1.00
品性能和质量影响极大，如何恢复或
增强焊缝性能一直是难以解决的工
0.80
艺问题，这在复杂结构零件如整体叶
0.60
盘的修理上表现得非常突出。超声
0.40
冲击和振动时效技术属于非热处理
消除焊接残余应力的方法，它通过微
0.20
观塑性变形和应力均匀化作用能够 消除或降低焊接残余应力水平，避免 热处理带来的焊接变形问题，并可大 幅度提高焊接接头疲劳寿命。
量成熟应用水平。
流的优点，中航工业黎明公司完成的
100μm 图1 Incone1625合金的T术，整体叶盘修复技术基本还处 于实验室验证阶段，欧美等国外研究
试验表明，钛合金激光焊的室温和高 温瞬时强度与电子束焊相当，但激光 焊接形成的更具多向性的特殊网篮
由于上述优点，TLP 在焊接复 机构均长期投入巨资研究，目前有报 组织使焊缝低周疲劳循环次数达到
COVER STORY
是焊后温度应力、组织应力以及拘束 模用于航空部件的制造和修理中，以 示。
应力的叠加作用降低了零件的疲劳 改善零件疲劳寿命，不但可以提高飞
焊缝或表面修理区激光冲击强
极限和使用寿命。
1.60
在航空发动机制造和修理过程
1.40
中的焊接或补焊会导致材料的性能
损失，一些零件焊接或补焊后无法通
0.00 原始 叶片
损伤的 原始叶片
LSP 的 损伤叶片
LSP 的配合 损伤的叶片
图5 激光冲击强化后提高了高周疲劳强度
超声冲击和振动时效技术主要 机发动机的安全可靠性，而且还可节 化技术研究的重点是：激光冲击强
应用于石油管道、建筑桥梁以及大型 约昂贵的飞机保养费和零件更换费 化工艺对零件应力状态及性能影响
相扩散连接（TLP-DB）、焊接修复及 增 材 制 造 技 术、激 光（复 合）焊 接 技 术和焊接表面完整性（焊缝性能恢复 及增强技术）等会成为今后新结构、 新材料连接技术的重要发展方向。
过渡液相扩散连接 （TLP-DB）
TLP-DB 是针对新型高温材料 的高性能连接需求而发展的新型焊 接技术，TLP 采用与基体冶金性相匹
曲 伸 研究员，中航工业黎明发动机公司
熔焊技术首席专家，长期从事焊接技术 研究开发，发表论文 10 余篇，获专利多 项。
32 航空制造技术·2013 年第 11 期
焊接是航空发动机制造中的关 键技术之一，随着对航空发动机高推 重比、高可靠性、长寿命和低成本设 计和制造要求的不断提高，现已大量 采用新材料、新结构，如风扇整体叶 盘、单晶涡轮叶片以及多孔层板结构 等，焊接作为主要的加工工艺，其连 接工艺性、表面完整性、质量稳定性 和使用可靠性已成为决定航空发动 机性能的关键因素。从先进航空发 动机焊接技术的发展趋势看，过渡液
晶 反 应）、等 温 凝 固（Isothermally 影响焊接修理质量。焊前将这些沉 束冶金方法（EBM）、激光近净成型
Solidification）、成分和组织的均匀化 积物彻底清理难度较大，通常的机械 （LENS）、选择性激光烧结（SLS）等。
（Homogenized）3 个 阶 段。 典 型 的 打磨方式会对基体材料造成较大的 无论是焊接修复还是快速成型制造， TLP 焊缝见图 1[1]，TLP 的主要优点有： 损伤，打磨后形成的大间隙对后期修 它们均以数字化 CAD 模型为基础，
等温凝固后接头成分与母材相近，焊 理有不利影响。目前国外已采用一 应用分层制造思想，提取成型路径，
缝综合性能好；比扩散焊要求的压 些新工艺来解决此类问题，如真空气 将粉末分层沉积到基体上，最终实现
力小或不加压力，零件焊接变形小； 相清理技术等。
原始尺寸恢复或沿成型基面快速成
对结合面的氧化层清理要求低，有一
焊接表面完整性及焊缝性能 恢复（增强）技术
零件焊接后表面几何特征、内部 组织和应力状态会发生明显变化，焊 接区性能会极大地影响零件的使用 性能，如焊缝焊趾处的应力集中系数 可达平均值的 1.5 倍 [6]，另外焊缝和 热影响区组织性能差异的影响，尤其