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在航空制造领域,结构轻量化是飞行器发展的主要趋势。钛合金由于比重小、比强度高、具有良好的高温性能稳定性,其结构件在飞机制造中被广泛应用,如飞机后机身的隔框、梁、壁板等。钛合金飞机壁板结构一般由薄壁蒙皮与桁条T-型连接而成,铆接是目前该类结构的主要连接方式。由于铆接存在连接不连续、铆钉易脱落及增加结构件重量等弊端,T-型结构壁板以焊代铆实现结构整体性、减轻飞机结构重量、提高结构强度、降低制造成本等效果已经在空客大型飞机制造中得到验证,也是近年来航空制造领域发展的重点。本文针对薄壁钛合金T-型结构单面焊实现背面双侧成形的难题,提出了钨极氩弧焊(TIG)、激光-TIG复合焊的新方法,通过工艺试验、数值模拟、综合试验等多种途径,研究了单面焊背面双侧成形特点和实现条件,结构件变形的规律和减小措施,以及实际结构的综合验证。主要研究成果如下:构建了TIG焊和CO2激光-TIG电弧复合焊实验系统,能够方便地调节各个焊接参数。在该平台上分别进行了钛合金T-型结构TIG焊和激光-TIG电弧复合焊工艺研究,并得到了优化的焊接参数。应用数值模拟技术对焊接保护工装进行了结构优化,解决了钛合金T-型结构焊接保护及背面成形控制问题。首次提出了氦、氩复合气体保护的激光-TIG电弧复合焊单面焊背面双侧成形焊接新技术,研究了多种因素对焊缝成形的影响,得出了实现钛合金T-型结构激光-TIG电弧复合焊单面焊背面双侧成形的最佳工艺条件。激光-TIG电弧复合焊与TIG焊的对比结果表明,复合焊工艺在改善焊缝组织性能、减小焊接变形、提高焊接效率以及间隙适应性等方面具有明显优势。建立了钛合金T-型结构TIG焊单面焊背面双侧成形的三维有限元模型,对TIG焊工艺焊接钛合金T-型结构的焊接温度场与应力应变场进行了模拟计算。将这一方法应用于某型飞机TA15钛合金壁板实际构件的不同焊接顺序下构件应力应变的模拟,得出了首尾对称焊接方法是减小焊后残余应力和有效减小构件的焊接变形的结论,该结果得到了试验验证,已用于指导实际生产。针对钛合金T-型结构TIG焊、激光-TIG电弧复合焊进行了综合性能对比试验研究。拉伸性能、弯曲性能对比试验结果表明,两种工艺抗拉强度差别不大,但断面收缩率激光-TIG电弧复合焊大于TIG焊;激光-TIG电弧复合焊T-型结构抗弯曲强度明显高于TIG焊接头;疲劳性能对比试验结果表明,激光-TIG电弧复合焊接接头疲劳寿命高于TIG焊接头50%以上。综合性能试验结果表明,激光-TIG电弧复合焊接头综合性能高于TIG焊接头,该项技术在飞机大型钛合金蒙皮与桁条T-型结构的焊接中具有很好的应用前景。