飞机结构件检测技术分析与研究

飞机结构件检测技术分析与研究

佟湃,赵珊珊,李保成

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨市150060

摘要：飞行安全关系人身安全，飞机结构件的安全检测依赖于各项检测技术。对飞机结构件的探伤检测对于飞行的安全和寿命意义重大，是保证人财安全的关键。在科技材料不断创新，以及计算机信息技术飞速发展的背景下，要积极研发更加精准高效的检测技术，确保飞机检修工作的高质量高效率。

关键词：结构件；安全性；检测技术；

1、常用的结构件检测技术

2.1数字化结构分析技术

目前我国部分航空企业虽然引进了先进的数字化测量设备，但各飞机主机厂在检验环节依然通过编制纸质检验计划指导检验工作，并没有形成以MBD为核心的制造检验一体化模式，无法指导下游部件的检验，如何实现真正的无图化、无纸化的三维数字化制造、装配与检验，将成为国内航空制造业今后发展的一个趋势。因此，通过对基于模型的飞机部件数字化检验技术的研究，提出部件检验流程和关键环节，对实现部件数字化检验工作高效、规范进行，提高产品的研制质量，提升企业数字化水平具有重要意义。

2.2数字化检验流程

飞机部件测量方式有很多，由于接触方式的不同大致分为接触式测量和非接触式测量。非接触式测量主要是利用磁场、超声波、光学等手段，将物理模拟量通过适当的算法转化为零件表面的三维点信息。其中基于光学的非接触式测量方法有激光三角法、结构光测量法、激光测距法等。主要讨论利用激光测距的飞机部件数字化检验，检验流程如下。

①检验模型创建。检验模型创建是根据部件不同检验特征的检验要求，对检验特征进行数字化定义，转换为指定测量位置理论测量点，同时在检验用简化模型上进行标识并对测量路径进行规划及工艺信息的标注，最后与设计模型相关联，形成检验模型。②测量场规划。测量场规划是模拟现场部件装配环境，以CATIA三维数模模拟侧量场站位布局开进行仿真侧试，对侧量过程中的干涉点进行规避，保证测量效率。③检验执行。按照测量场规划结果对测量站位进行布局，并依据创建的检验模型，利用激光跟踪仪引光，连接不同的数字化设备，实施部件检验特征的数字化测量。④数据分析处理。针对空间布局复杂并散乱的测量点进行尺寸偏差及形位偏差快速获取，并与理论公差值进行比对分析，获得检验结论，同时将数据的分析处理结果在软件中显示。⑤检验报告输出。包含检验要求、测量数据、检测结论等内容，并进行总结归纳为指定格式的最终检验报告。

2大型铝合金整体结构件高效加工的关键技术

2.1制定工艺方法

①大多采用分层铣削；②尽量选择顺铣加工方式；③，尽量一次装夹完成所有工序的加工；④精加工前，先进行转角余量清除工序；⑤尽可能减少切削负荷的变化，保证本工序和后续工序加工余量均匀；⑥走刀路径尽量平滑，在转角处设立降速过渡区或增加圆弧转角区域；⑦刀具进刀时采用螺旋下刀的方式，以减少刀具和毛料间的作用力；⑧实际加工前要通过零件在线虚拟仿真检查，检验刀具轨迹的正确性；消除刀具与零件、夹具的干涉；验证零件是否产生过切和残余。

2.2确定切削用量

切削用量会在很大程度上影响切削效率、刀具寿命、零件表面粗糙度和制造成本。切削用量与选择的刀具以及切削材料的不同有着很大的关联，切削用量的不同也会使切削的效果有明显的差别。如果切削用量选择不合理，不仅不能实现高速加工，还会使刀具的使用寿命降低。为了提升铣削大型铝合金整体构件的效能，需要提升金属去除率，以此来提升生产效率。由于刀具的耐用度会随着切削速度的提升而降低，同时降低零件表面粗糙度。所以数控人员在编程时一定要控制好切削用量的参数，合理的设置参数使刀具使用寿命尽可能延长，通过机床和刀具充分发挥各自的性能，提升加工的速率、降低生产的成本。切削用量的确定需要对以下因素进行综合的考虑：机床的额定扭矩；机床传动功率；机床最大切削力；机床主轴转速；刀具材料；刀具耐用度；已加工表面的粗糙度等。

2.3选择加工冷却方式

大型铝合金整体结构件因切削量大、结构刚性差的原因，在高速切削的过程中会因为切削热量的释放导致构件出现回弹变形的问题，所以需要选择合适的方式对其进行冷却和润滑。目前主要使用最小微量润滑和氮气油雾冷却两种方式。所谓最小微量润滑是指，使用润滑剂来润滑工件、刀具以及切削之间的摩擦处，这种方法能够有效减少切削散热、提高刀具的使用寿命以及消除粘接，使正常加工过程都能保持一个干燥的环境。而且可以使用专业的设备将切削后的切屑压缩成块，方便再利用，这样可以很好的避免环境污染并且实现资源的循环利用。此外，当微小的油雾粒子喷射到切削区域，会出瞬间汽化，通过高效的热传导能力将切削热在短时间内迅速带走，使温度保持在冷态，所以铝合金切削经常使用这种方式进行冷却。氮气油雾冷却也是在铝合金切削工作中经常使用的一种冷却方式。这种方式不仅能实现空气油雾冷却与润滑的效果，还能很好地避免刀具被润滑介质侵蚀，延长刀具的使用寿命，具有较强的耐腐蚀性和抗氧化性。当铣削速度控制在33m/min时，使用氮气油雾冷却和使用空气油雾冷却相比，铣削力降低20%~30%，刀具耐用度提升60%，能够使高速切削要求得到很好的满足。相关实验表明，同时使用微量润滑和氮气油雾冷却能够更好的避免产生切削热、降低切削力、提升刀具使用寿命，同时还能使铝合金材料的切削性能得到很好的提升，避免对环境造成污染，对生产成本进行了有效的控制，对于高速切削而言应用价值较好。

3 机械工程中焊接结构常见问题的分析

3.1机械焊接结构的宏观缺陷

机械结构的宏观缺陷是不使用仪器就能发现的问题，包括焊穿、焊瘤、融边等。焊穿形成是由于实际焊接过程中熔深较厚，导致熔池流出焊缝后部，导致焊缝结构缺陷；焊瘤的形成是由于在实际焊接过程中由于加热不足而使机械焊接温度较高，使得熔池的根部有液态金属输出，液态金属冷却形成焊瘤；融边的原因是，某些操作摆动不规则，焊缝周围会出现凹槽。

3.2表面缺陷

根据焊接结构的检验结果，在焊缝表面仍有许多微缺陷，不能用肉眼观察，即使使用设备也不能直接检测到。出现这类缺陷的主要原因之一是焊接工艺不符合要求的标准，焊接工艺过程中焊接结构不完善，造成表面缺陷的存在。

3.3机械焊接结构内部缺陷

焊接结构的大多数缺陷都是内部缺陷，通常发生在焊接结构内。发现这些缺陷需要使用仪器，因为人眼无法检测缺陷的存在和程度，主要问题是内部裂纹、气孔、夹杂等。其中，气孔形成主要是由于熔深池中的部分空气在焊接过程中始终留在熔池中未排出；夹杂与层间残留物有直接关系；裂纹形成主要是工艺方法或工艺规程未有效执行，成熟焊接工艺中出现较少。

结束语

随着飞机先进制造技术的快速发展，对飞机结构件设计与制造提出了更高的要求。国外先进航空制造企业为顺应飞机制造业结构件柔性化及自动化制造需求，已经开始了以自动化生产线为代表的飞机结构件生产模式。因此，通过对研究飞机结构件生产线加工工艺方法、无损检测及测量等关键技术，并应用于典型结构件加工中，验证关键技术的可行性，提高航空制造企业的生产效率和产品质量，减少资源浪费和节约成本。
参考文献：

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