[發明專利]一種分叉尾噴管雙激光束沖擊鍛打復合焊接方法與裝置

在審

• 申請號: 201910880869.2
• 申請日: 2019-09-18
• 公開（公告）號: CN110666341A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 林超輝;張永康;劉俊;陳禹;賴柏豪
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 44329 廣東廣信君達律師事務所
• 代理人: 江金城

本發明公開了一種分叉尾噴管雙激光束沖擊鍛打復合焊接方法與裝置，該方法包括：構建分叉尾噴管的三維模型；確定需要進行激光沖擊強化的焊接區域；規劃焊接區域的雙激光束運動的軌跡；確定激光沖擊鍛打的溫度區間，確定鍛打時間窗口；設置激光焊接系統、激光鍛打系統、機器人運動系統的參數；啟動系統，對分叉尾噴管進行雙激光束復合焊接處理；通過三維輪廓掃描裝置，在激光焊接過程中監控加工過程并實施檢測；通過系統采集并反饋的數據保證激光鍛打光束作用于最佳的鍛打溫度范圍內。本發明能消除焊接區域局部應力集中，細化晶粒且使焊縫組織致密，有效防止裂紋萌生和擴展，從而提高尾噴管的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕性能，增強可靠性和使用壽命。

技術領域

本發明涉及分叉尾噴管焊接技術領域，尤其涉及一種分叉尾噴管雙激光束沖擊鍛打復合焊接方法與裝置。

背景技術

尾噴管是發動機的關鍵部件之一，由薄壁板焊接而成，噴管裂紋是尾噴管最常見的失效形式，對噴管的可靠性造成極大影響。由于分叉尾噴管的結構具有一定的振動固有頻率，在力矩或干擾力作用下工作時，會按激勵的頻率進行強迫振動，當激振頻率與其固有頻率相同時，就會產生共振現象，由此造成尾噴管裂紋故障。分叉尾噴管的裂紋故障主要發生在尾噴管拼接處的焊縫區域。裂紋故障的存在會導致發動機排向大氣中的尾氣可能會擴散到發動機周圍，發生漏氣事故。由于尾氣溫度仍然很高，尾噴管內的氣壓大于尾噴管周圍的氣壓，尾氣將擴散出去，發動機的燃油管道和減速器會受到很強的熱輻射，將會燒壞發動機，最后可能釀成慘重事故。因此，提高尾噴管焊接加工過程中焊縫區的強度和抗疲勞能力，防止因持續共振造成尾噴管的結構破壞，成為了當下急需解決的重要課題。

分叉尾噴管在焊接過程中會產生焊接應力且焊縫的焊接強度低。焊接應力，是焊接構件由于焊接而產生的應力。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產生焊接應力的根本原因。當焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應力稱為瞬態焊接應力；焊接溫度場消失后的應力稱為殘余焊接應力。在薄壁焊件中，焊接殘余應力基本上是平面應力，厚度方向的應力很小。焊接殘余應力會影響焊件的強度、剛度、受壓穩定性、加工精度、尺寸穩定性以及耐腐蝕性等。因此，現有技術需要進一步改進和完善。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種分叉尾噴管雙激光束沖擊鍛打復合焊接方法。

本發明的另一目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于上述焊接方法的焊接裝置。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種分叉尾噴管雙激光束沖擊鍛打復合焊接方法，該焊接方法主要包括如下具體步驟：

步驟S1：構建分叉尾噴管的三維模型；

步驟S2：根據分叉尾噴管的三維模型，確定需要進行焊接的區域；

步驟S3：根據分叉尾噴管的激光焊接區域，規劃兩束激光作用下機器人的運動軌跡；

步驟S4：根據尾噴管的材料以及工況要求，確定激光焊接的送粉速率、送粉量和兩束激光的激光參數，同時確定激光沖擊鍛打的溫度區間，通過溫度區間與熔覆降溫速率，計算出激光鍛打的時間窗口；

步驟S5：將分叉尾噴管通過夾具裝夾到機器人系統的機械手臂末端；

步驟S6：通過總控制系統分別設置激光焊接系統、激光鍛打系統、機器人系統的工藝參數，保證三個子系統配合協調工作，完成分叉尾噴管的復合焊接處理；

步驟S7：在尾噴管的激光焊接過程中，通過三維輪廓掃描裝置，監控和檢測加工過程中尾噴管表面焊接熔覆層的形狀和尺寸，采集加工質量信息；