[發明專利]一種鈦合金蒙皮-桁條壁板雙激光束雙側同步焊接變形控制方法

有效

• 申請號: 201910524103.0
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN112338355B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 占小紅;楊紅艷;王飛云;高轉妮;顏廷艷;李云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K26/70;B23K103/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本發明公開一種鈦合金蒙皮?桁條壁板雙激光束雙側同步焊接變形控制方法，包括：(1)基于實際焊接過程對焊接件進行焊接過程溫度與應力模擬并獲得最優結果；(2)對實際焊接過程焊件溫度與變形進行實時監控與反饋；(3)反饋信息與模擬信息進行分析比較，并對實際焊接參數進行調整。其裝置包括焊接系統、監測系統和CAE工作站，焊接系統包括激光頭、保護器嘴、送絲嘴、焊接平臺，監測系統包括紅外測溫儀與角度測量儀，分別和CAE工作站相連接；紅外測溫儀分別固定于激光器機臂，隨激光器移動而運動；角度測量儀與工作臺同一水平位置。本發明實時精準監測并控制焊縫溫度與變形，可有效改善焊縫焊接質量，減小焊接件變形。

技術領域

本發明有關激光焊接系統，具體而言是涉及是一種用于曲面連接的激光清洗與激光焊接一體化焊接系統，屬于激光焊接技術領域。

背景技術

鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能優異等一系列特點，是先進飛機制造中重要的結構材料。鈦合金蒙皮-桁條壁板焊接技術在現代飛機制造工程中占有重要的地位，在蒙皮壁板T形連接結構中，T形連接結構雙激光束雙側同步焊接工藝是幾年來新新興發展起來的一種全新焊接工藝。與傳統的T形結構單面焊接雙面成形工藝不同，雙激光束雙側同步焊接工藝保證了底板(蒙皮)外表面的完整性，因而大量應用在飛機機身壁板等對蒙皮外表面氣動外形完整性要求較高的結構中。然而在焊接過程中，因材料的不均勻受熱、板厚方向的熱梯度、材料的局部非協調塑性應變以及焊接殘余應力的作用，使焊件產生各種焊接變形。因此急需一種雙激光束雙側同步焊接變形控制方法與裝置，在焊接過程中實時監控焊件變形傾向并及時調整工藝參數改變熱輸入來控制變形。

發明內容

為了有效改善焊縫焊接質量，減小焊接件變形，提高鈦合金蒙皮-桁條壁板焊接效率，本發明提供一種鈦合金蒙皮-桁條壁板雙激光束雙側同步焊接變形控制方法與裝置，其能夠適應現實復雜工況，在焊接過程中實時監控焊件變形傾向并及時調整工藝參數改變熱輸入，實現焊縫變形預測與控制，簡易高效。

本發明采用如下技術方案：一種鈦合金蒙皮-桁條壁板雙激光束雙側同步焊接變形控制裝置，包括焊接系統、監測系統和CAE工作站。所述焊接系統包括第一激光頭、第二激光頭、保護氣裝置、送絲裝置和焊接工作臺，第一激光頭與第二激光頭分別位于焊件兩側，各配置一個送絲嘴與保護氣嘴，焊接工作時送絲嘴裝置、保護氣裝置與激光頭同步運動。焊接系統控制裝置與CAE工作站通過數據傳輸線連接。所述監測系統包括測溫裝置和角度測量儀，測溫裝置包括第一紅外測溫儀和第二紅外測溫儀，第一紅外測溫儀固定于第一激光頭機臂沿焊接移動方向后側，第二紅外測溫儀固定于第二激光頭機臂沿焊接移動方向后側，角度測量儀固定于與焊接工作臺同一水平位置。所述CAE工作站與第一紅外測溫儀、第二紅外測溫儀和角度測量儀通過數據傳輸線連接，焊接過程中接收實時焊縫溫度與變形數據。

本發明還采用如下技術方案：一種鈦合金蒙皮-桁條壁板雙激光束雙側同步焊接變形控制方法，包括如下步驟：

S1：啟動CAE工作站，根據實際焊件形狀尺寸建立三維模型并劃分網格。

S2：根據實際焊接工況模擬焊接過程中溫度場和應力場分布。

S3：調整并校核熱源模型與有限元網格模型，適調參數獲得最優焊接效果與模擬焊接過程數據。

S4：開啟紅外測溫儀與角度測量儀開關，啟動保護氣裝置與送絲裝置后，啟動激光器，對實際焊接件進行焊接作業。

S5：紅外測溫儀對焊縫實時溫度進行測量、角度測量儀對焊件與焊接操作平臺之間角度進行測量，反饋為即時數值信息并傳輸到CAE工作站。

S6：CAE工作站對實時反饋數據信息與模擬信息進行比較，若差值小于(或等于)5％則焊接過程正常進行，轉至S8。

S7：CAE工作站對實時反饋數據信息與模擬信息進行比較，若差值大于5％，則輸出差值數據至焊接系統控制裝置，焊接系統調整實際焊接共有參數改變熱輸入后繼續焊接，轉至S6。