[發明專利]一種抑制高強鈦合金焊接裂紋的雙束激光擺動焊接方法

有效

• 申請號: 202010437700.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111673274B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 雷正龍;劉景濤;陳源;黎炳蔚;王學峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/06;B23K26/064;B23K26/08;B23K26/60
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種抑制高強鈦合金焊接裂紋的雙束激光擺動焊接方法，它涉及材料加工工程領域，本發明的目的要解決高強鈦合金焊接裂紋和氣孔缺陷的問題，尤其是目前擺動激光焊方法不能解決高強鈦合金焊接裂紋和氣孔缺陷的問題。本發明通過設計光路實現雙束激光焊接，其中一束激光固定，而另一束激光擺動作為輔助，并采用軌跡與能量分布同時優化的方式抑制上述焊接缺陷。相比于常用的擺動激光焊接更符合熔池流動趨勢，有助于加強熔池對流，減少氣孔裂紋缺陷；擺動幅度更大，溫度梯度下降，并在熔池尾部的凝固前沿驅動熔體補充，防止凝固裂紋產生；光束能量分配與擺動軌跡結合，改善溫度場分布，并減小接頭應力和變形，抑制裂紋萌生。本發明應用于材料加工領域。

技術領域

本發明屬于材料加工工程領域，具體涉及一種抑制高強鈦合金焊接裂紋的雙束激光擺動焊接方法。

背景技術

進入十三五以來，我國在航空航天領域正向更高水平、更深層次發展。航空航天等尖端科技領域的發展對材料性能提出了更高的要求，不斷對服役材料減重、高溫性能等方面提出更高的要求。與鋁、鎂、鐵、鎳等結構材料相比，鈦合金由于質量小、比強度和比剛度高、耐腐蝕性好以及其優良的綜合性能，廣泛應用于飛機結構、宇航工業以及軍工產品的制造之中。

激光作為“二十一世紀最有發展潛力的焊接技術”之一，由于其具有能量密度高，焊縫質量好，深寬比大，熱影響區小，焊接變形小，而且焊接速度快以及易于實現自動化等優點，已經在工業生產中得到廣泛的應用。與傳統的電弧焊相比，由于采用高能激光束作為熱源，具有焊接精度高、深寬比大、接頭熱影響區小以及焊接過程產生的殘余應力小的特點。

鑒于鈦合金和激光焊接的優點，航天上的某重要構件，是由高強鈦合金材料的蒙皮和筋板結構等組成，采用激光焊接制造而成。但是采用激光焊接鈦合金時，由于焊接冷卻速度快，結構復雜、應力水平較高等原因導致裂紋缺陷，同時保護不當或過快的凝固速度也會導致焊縫中產生氣孔缺陷，焊縫金屬中的氣孔、裂紋缺陷大大降低了疲勞壽命和疲勞強度，尤其處在蒙皮和筋板結合面位置的缺陷，是構件在進行服役過程中發生重大安全事故的隱患因素。因此，為了提高航天飛行器的安全，避免災難事故的發生，需要避免焊接缺陷的產生，而為了更精確的減小熱輸入、提高復雜零件加工柔性以及控制溫度場和應力場，可以應用擺動激光焊接技術對復雜鈦合金構件進行加工，尤其是大型薄壁機匣、大型薄壁殼體、壓縮機盤、渦輪機葉片等結構。

擺動激光焊技術是利用激光束優異的可控性發展而來的焊接技術，控制激光熱源沿著某一運動規律的路線進行重復運動，常用的掃描路線主要包括橫向掃描、縱向掃描、環形掃描以及三角掃描等方式。由于激光可以受振鏡的反射從而實現一定頻率和路線的運動，較常規激光焊接技術的熱源特征、熔池流動行為等都發生了較大變化。擺動激光焊主要被應用于解決間隙適應性差、成形不良、氣孔、以及裂紋缺陷等問題，尤其在異種材料連接、不等厚板材連接、晶粒細化等方面有著得天獨厚的優勢。

目前的研究結果表明，不同的掃描軌跡對焊接缺陷有著顯著的影響，橫向掃描、縱向掃描、環形掃描以及三角掃描等方式都或多或少的具備消除氣孔或抑制裂紋的可能，但針對裂紋敏感性更高的高強鈦合金材料來說應用效果都不是十分理想。除此之外，近年來也有8字型擺動方式的研究，如專利CN110280900A等提出了包括環形和8字型的擺動方式，但主要目的是增加熔合寬度，而沒有對缺陷的控制。

發明內容

本發明的目的是為了解決高強鈦合金焊接裂紋和氣孔缺陷的問題，尤其是目前擺動激光焊方法不能解決高強鈦合金焊接裂紋和氣孔缺陷的問題。本發明通過設計光路實現雙束激光焊接，其中一束激光固定，而另一束激光擺動作為輔助，并采用軌跡與能量分布同時優化的方式抑制上述焊接缺陷。

本發明的一種抑制高強鈦合金焊接裂紋的雙束激光擺動焊接方法，它是按照以下步驟進行的：

步驟一:將工件的待焊接部位根據需要加工成所需要的精度，并對工件加工后的兩側表面進行打磨或清洗；

步驟二:將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；