[發明專利]一種減少T型接頭焊接熱裂紋的雙激光束焊接方法

有效

• 申請號: 201610633577.5
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN106181039B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 陶汪;韓冰;陳彥賓;李昊;劉紅兵;鄧景煜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 遲芳

技術領域

本發明涉及一種雙激光束焊接方法，特別涉及一種減少T型接頭焊接熱裂紋的雙激光束焊接方法，可以應用于飛機壁板制造過程中長桁和蒙皮的焊接過程。

背景技術

在飛機的機身筒段中存在大量的長桁-蒙皮T型結構，這種T型結構此前主要采用傳統的鉚接方法進行連接。然而，鉚接不但生產效率低下，而且額外增加了機身的重量，降低了飛機的燃油經濟性。上世紀90年代初空中客車公司率先開展了雙側激光同步焊接技術的研究，并成功利用該技術實現了對長桁-蒙皮T型結構的焊接，相比于鉚接工藝，雙側激光同步焊接不僅提高了生產效率，而且大大降低了機身重量，因此更加節約燃油，降低了飛行成本。目前這一革新技術已成功應用于空中客車A318/A380等型號機身壁板的加工制造工藝上。

長桁和蒙皮由鋁合金軋制而成，而由于鋁合金具有較大的凝固溫度區間和線膨脹系數，以及激光焊接時急冷急熱的特點，造成在激光焊接時容易出現焊接熱裂紋缺陷，從而大幅降低焊縫的承載及力學性能。為了在雙側激光同步焊接過程中合理調控焊縫組織從而抑制熱裂紋等缺陷，工藝要求采用雙側對稱填送焊絲的方式進行。焊接實驗中發現，采用ER2319鋁銅焊絲所得焊縫組織的熱裂紋傾向較大，然而即使選用被公認的抑制裂紋效果最顯著的鋁硅焊絲(如ER4043和ER4047焊絲)依然無法完全抑制熱裂紋的產生，反而降低了焊縫的力學性能。特別是沿焊接方向分布的熱裂紋4使長桁1和蒙皮2組成T型結構的承載性能顯著下降，熱裂紋4一直擴展到焊縫組織內部，將大幅減小雙側激光焊縫3的有效承載面積從而降低焊縫強度，如圖5所示。利用電鏡觀察雙側激光焊縫組織，發現焊縫內主要為粗大的定向生長的柱狀晶且晶界偏析嚴重，是導致熱裂紋萌生擴展的主要原因，并且難以通過優化焊接工藝參數有效地抑制熱裂紋缺陷。

焊縫組織的熱裂紋敏感性受焊接溫度場和應力場的共同影響，而在熔池尾部金屬的凝固過程中存在一個固、液相共存的脆性溫度區間(BTR)，在此溫度區間，金屬組織的延性很小，在焊接應力場的影響下，當焊縫及其熱影響區金屬在BTR內承受的塑性拉應變大于其延性儲備時，就容易產生焊接熱裂紋。如果能在BTR內合理調控溫度場和應力場，就可以達到防止熱裂紋的目的。

根據以上原理，已有多種抑制焊接熱裂紋的方法被提出。目前，抑制焊接熱裂紋的方法主要有：隨焊碾壓法、雙向預置應力法、隨焊局部加熱法及隨焊局部冷卻法等。以上方法通過分別調節焊接區域的應力場和溫度場來抑制熱裂紋缺陷，但這些方法僅適用于抑制對接接頭焊縫熱裂紋缺陷而并不能用于T型接頭的熱裂紋控制。除此之外，采用焊后激光補焊的方法雖然能夠對T型接頭雙側焊縫內熱裂紋進行修補，但必須重復加熱熱裂紋附近的焊縫組織從而造成焊縫軟化，并且依然容易出現新的熱裂紋缺陷，進一步降低焊縫的承載性能。

發明內容

本發明為了解決激光雙側同步焊接后造成T型接頭的熱裂紋缺陷的問題，而提出一種減少T型接頭焊接熱裂紋的雙激光束焊接方法。

本發明的一種減少T型接頭焊接熱裂紋的雙激光束焊接方法是通過以下步驟實現的：

步驟一、加工弧形凹槽：將墊板置于水平地面或平臺上，在墊板上表面中位線兩側分別加工出兩個對稱且尺寸相同的弧形凹槽，兩側弧形凹槽相交的位置采用圓滑過渡，弧形凹槽的截面尺寸由凹槽寬度a、凹槽深度b和凹槽表面曲率半徑R確定且凹槽深度b小于墊板高度h，其中，凹槽寬度a范圍為100mm～500mm，凹槽深度b范圍為10mm～50mm，凹槽表面曲率半徑R范圍為130mm～650mm，墊板高度h范圍為20mm～70mm；

步驟二、在弧形凹槽中放置壓輪：將蒙皮放置于墊板上，將待焊位置與墊板中位線重合，將長桁放置于蒙皮待焊位置上，兩個壓輪對稱放置于長桁的兩側，每個壓輪的豎向壓輪中心面與其對應的弧形凹槽的豎向弧形凹槽中心面重合，壓輪的豎向壓輪中心面至墊板中位線之間為間距c，c＝(a/2)+(f/2)，f為圓滑過渡的寬度，長桁和蒙皮的厚度范圍為2mm～4mm，壓輪外形由壓輪寬度e和壓輪半徑r確定，預先設定壓輪的壓輪下壓量d，其中，壓輪寬度e范圍為10mm～30mm，壓輪半徑r范圍為10mm～20mm，壓輪下壓量d范圍為10mm～50mm；