钛合金舵体超塑成形/扩散连接工艺研究

【摘要】：超塑成形/扩散连接（Superplastic forming/diffusion bonding，简称SPF/DB）技术可以在一次成形过程中制造多层板复合整体结构，成形的多层板结构具有弯曲刚度大、承载稳定性高、表面和外形质量好、结构重量小以及良好的能量吸收和疲劳性能等优点，并且大大降低了生产成本，故目前已成为制造飞行器舵翼类零件的重要方法。 然而，传统的超塑成形/扩散连接工艺存在着一系列问题，主要表现在：止焊剂涂敷困难、成形零件热暴露时间长及零件成品率低等。用激光焊接代替一部分扩散连接的方法能够解决传统工艺的不足，大大提高制件成品率及成形件的力学性能，因此开展激光焊接与超塑成形/扩散连接组合工艺的研究，具有重要意义。本文针对某TC4钛合金舵体零件进行深入的激光焊接、超塑成形/扩散连接的工艺研究，主要进行了如下研究： 基于材料超塑成形和扩散连接的基本原理，结合相关理论，利用有限元软件ABAQUS对某TC4钛合金舵体的超塑成形过程进行了模拟，对构件的壁厚分布、应力情况做出了预测，获得了优化的等应变速率下的压力-时间曲线，为超塑成形/扩散连接工艺的气压加载提供了参考依据。 在对钛合金舵体超塑成形过程进行模拟仿真分析基础上，研究了两层0.6mm厚的TC4钛合金板的激光穿透焊接工艺，确定了优化的焊接参数，并成功焊接了四层板结构的中间两层芯板。随后进行了四层结构的超塑成形/扩散连接工装准备，并进行了相关的超塑成形/扩散连接试验，研制成功了合格的舵体样件。 对舵体零件的质量检测表明：舵体零件外观形貌完好，内部加强筋完全直立，壁厚分布均匀，扩散连接区域的微观组织没有明显长大，总体焊合率达95%以上。 通过以上研究表明，本文采用的激光预焊芯板的超塑成形/扩散连接的新工艺是制造中空复合夹层结构的一种可行方法，能够解决传统超塑成形/扩散连接工艺中存在的诸多问题，具有很大优势及发展前景。