一种用于U型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法

本发明属于金属弯曲校直，具体涉及一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法。

背景技术：

1、随着航空工业等大型装备制造领域的快速发展，各类承力结构件正逐渐向轻量化、高强度和高装配精度方向发展。飞机机翼中的u型金属翼梁具有开口结构、跨度大及局部刚度不均等特点，在服役过程中易受冲击、挤压及振动等作用，导致局部产生弯曲变形和微观组织损伤，使局部轮廓偏离原始设计形状。因此，需要对服役后发生弯曲变形损伤的翼梁进行形状校直，并对受损区域的局部组织状态进行改善，使其几何轮廓恢复至允许范围，同时降低局部损伤对后续服役性能的不利影响。

2、目前针对金属构件的修复主要存在两种技术方案：第一种是电热辅助材料损伤修复，如zhang 等（zhang s, geng m, kim m j, et al. prolonged fatigue life inaluminum clad steel by electropulsing treatment: retardation of interface-microcrack formation[j]. international journal of fatigue, 2023, 167: 107376）采用电脉冲处理对循环载荷作用后的铝包钢进行损伤修复，研究了电脉冲处理前后材料界面微观组织及疲劳寿命的变化，结果表明电脉冲处理能够降低界面附近几何必要位错的堆积程度，延缓界面微裂纹的形成，从而抑制疲劳损伤继续发展并延长材料的疲劳寿命。该研究证明了电流作用对服役累积损伤具有一定的恢复作用，但其研究对象主要是层状金属材料内部的位错堆积和界面微裂纹，修复目标是恢复材料疲劳性能，未涉及受损构件宏观弯曲形状和几何轮廓的恢复，也没有考虑电流作用区域与机械校直加载区域之间的配合关系。无法解决宏观弯曲轮廓的校直问题。

3、此外，公开号 cn110125611a 公开了一种导电构件裂纹修复方法及装置，该方案在导电构件两端施加高频电脉冲信号，同时在裂纹位置施加由超声波转换得到的机械能，利用电流在裂纹区域产生的焦耳热效应和电致塑性效应降低局部材料的变形抗力，并通过超声机械能促进裂纹周围材料发生塑性流动，以实现导电构件内部裂纹的修复。但是，该方案主要面向金属构件内部微裂纹的闭合与填充，机械作用形式为超声波机械能，其修复目标并非恢复构件在外力作用下产生的宏观弯曲轮廓。

4、第二种是热/冷态机械校直方式，如刘禹尧等（刘禹尧，梁德襄，柳青，等. 钢桥箱型杆件腹板单元火焰校直横向弯曲变形分析[j]. 热加工工艺，2022，51(19)：97-102.）针对钢桥箱型杆件腹板单元焊后的横向弯曲变形，采用热弹塑性有限元方法建立了火焰校直模型，并通过实际板件的校直变形量对模型进行了验证，在此基础上，研究了火焰加热位置、加热速度和加热道数等因素对弯曲校直效果的影响，结果表明，在焊缝对应位置进行火焰加热、采用多道加热或降低加热速度，能够增大构件的校直变形量。该研究为金属结构件局部弯曲变形的热校直提供了参考，但其研究对象为焊后钢桥腹板单元，采用火焰作为热源，加热区域和加热温度受火焰移动路径及操作者经验影响较大，难以满足高精度构件的校直一致性要求。

5、此外，公开号为cn113996673a 公开了一种结构件平面度自动校直装置及校直方法，该装置通过测距仪检测结构件底面的平面度，并根据检测结果利用液压校直机构和热校直模块分别对结构件不同区域进行校直，从而提高平面度校直的自动化程度和一致性。但是，该方案主要针对焊接板状结构件或 t 型结构件的底板平面度超差问题，其校直目标为单一平面的平整度恢复，而服役u型金属翼梁的弯曲损伤通常表现为局部轮廓偏移，且可能同时存在向内弯曲、向外翘曲或两侧变形程度不一致等情况。

6、综上所述，现有电热辅助修复技术主要集中于位错、孔洞和裂纹等材料内部微观损伤的恢复，而弯曲校直技术则主要针对焊后板件平面度或横向弯曲变形，二者通常相互独立。因此，对于服役过程中受外力作用而产生弯曲变形损伤的u型金属翼梁，仍缺少一种能够将局部电阻加热、温度与位移监测、加载位置调节相结合的专用修复方案。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法，其通过局部电阻加热、温度与位移监测以及加载位置调节相结合的方式，以降低校直载荷和卸载回弹，实现受损区域几何轮廓和性能的恢复，提高校直过程的稳定性和一致性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、首先，本发明提供一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置，包括：

4、固定平台；

5、固定部件，设置在固定平台上，用于固定待校直的u型金属翼梁的闭合端部，且使u型金属翼梁的待校直区域悬空；

6、电极夹头，设置在u型金属翼梁上，用于向u型金属翼梁的待校直区域导入电流进行电加热；

7、下部移动顶升机构，设置在固定平台上，位于u型金属翼梁的待校直区域下端，用于顶升支撑待校直区域下端面，且向上提供校直力；

8、上部移动顶升机构，设置于固定平台上，位于u型金属翼梁的待校直区域上端，用于顶升支撑待校直区域上端面，且向下提供校直力。

9、进一步，还包括温度测量模块，温度测量模块设置于u型金属翼梁的待校直区域，用于实时监测电加热的温度。

10、进一步，还包括位移测量模块，位移测量模块设置于u型金属翼梁的待校直区域，用于监测待校直区域的变形部的位移。

11、进一步，下部移动顶升机构包括下直线位移组件、下垂直升降组件和下加载压头，下直线位移组件设置在固定平台上，下垂直升降组件滑动连接在下直线位移组件上，下加载压头设置在下垂直升降组件上端；上部移动顶升机构包括上直线位移组件、上垂直升降组件和上加载压头，上直线位移组件设置在固定平台上，上垂直升降组件滑动连接在上直线位移组件上，上加载压头设置在上垂直升降组件下端。

12、进一步，下垂直升降组件与下加载压头之间设置有下绝缘垫；上垂直升降组件与上加载压头之间设置有上绝缘垫。

13、进一步，上加载压头和/或下加载压头的端面为平面、弧面或与u型金属翼梁接触区域相匹配的型面。

14、进一步，电极夹头包括一对，一对电极夹头分别设置于u型金属翼梁的待校直区域两侧。

15、进一步，温度测量模块为红外测温仪或热电偶测温仪，位移测量模块为激光位移传感器或接触式位移计。

16、其次，本发明还提供一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复方法，应用本发明所述的校直修复装置，该方法包括以下步骤：

17、 s1、通过固定部件固定待校直的u型金属翼梁的封闭端部；

18、 s2、通过电极夹头夹持u型金属翼梁并向其导入电流，对u型金属翼梁的待校直区域的变形部进行加热；

19、s3、调节下部移动顶升机构和上部移动顶升机构的位置，使其分别位于待校直区域的上下两端；

20、s4、调节下部移动顶升机构向上支撑变形部的一侧，调节上部移动顶升机构对变形部施加向下的校直力；

21、s5、调节上部移动顶升机构向下支撑变形部，调节下部移动顶升机构对变形部的另一侧施加向上的校直力。

22、进一步，s2还包括：通过温度测量模块监测变形部的加热温度；s4、s5还包括：通过位移测量模块监测变形部的位移。

23、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：

24、本发明的一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法，通过电热和校直力协同的结合方式，实现了u型金属翼梁外轮廓和微观组织的一体化修复，摒弃了传统单纯机械校直或单一电脉冲修复的思路，先通过电极夹头向弯曲变形部区域导入电流产生局部电阻加热，利用了焦耳热效应和电致塑性效应降低材料局部变形抗力，大幅减小了冷态校直所需载荷及卸载回弹，并且，电流在降低变形抗力的同时能够促进损伤区位错重排、局部组织恢复，改善微裂纹及微孔洞状态，使得u型金属翼梁在恢复宏观几何轮廓的同时，其局部服役性能也得到同步修复，突破了现有修复技术中形状恢复与性能提升相割裂的局限。

25、本发明的一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法，通过电极夹头移动加热使局部电加热区域始终与上加载压头或下加载压头的加载区域精准对应，将热作用严格约束于待校直区域内，减少了非校直区域的热影响，并且，可结合温度测量模块与位移测量模块的实时反馈，使校直过程由“经验试错”转变为“数据驱动的闭环控制”，区别于传统火焰加热温度场不可控、依赖人工经验的弊端，有效提高了加热控制精度和校直结果的一致性。

26、本发明的一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法，针对u型金属翼梁的开口薄壁、刚度不均及双侧变形不一致的特点，利用上下设置的上部移动顶升机构和下部移动顶升机构，分别从u型金属翼梁内部和外部下方配合施加校直力，通过下压校直和顶升校直相结合的分步校直工艺，能够分别消减弯曲区域两侧的轮廓偏差，彻底避免了单一方向一次性加载易造成的局部过校直、校直不足以及容易诱发二次变形的问题。

27、本发明的一种用于u型金属翼梁的电热辅助校直修复装置及方法，通过上部移动顶升机构和下部移动顶升机构可沿u型金属翼梁的轴向水平移动调节，使其能够灵活适配不同变形位置及不同跨度尺寸的u型金属翼梁，提高装置对不同变形位置和不同尺寸u型金属翼梁的适应性。