[發(fā)明專利]一種基于自動(dòng)鋪粉的大厚度鈦合金窄間隙激光焊接裝置與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011342524.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN112453704A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 占小紅;劉金釗;顏廷艷;王飛云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/26
• 分類號(hào): B23K26/26;B23K26/12;B23K26/70;B23K103/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于自動(dòng)鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接裝置與方法，設(shè)備主要包括導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、粉末分發(fā)裝置、密閉氬氣箱、控制系統(tǒng)和激光焊接設(shè)備。其中，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括X向?qū)к墶向?qū)к墶Ⅱ?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及滑臺(tái)。粉末分發(fā)裝置與滑臺(tái)固連，利用導(dǎo)軌系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在水平面內(nèi)的移動(dòng)，從而達(dá)到送粉、鋪粉的目的。此外，氬氣箱箱體頂部為低反射玻璃，可為鈦合金焊接過程提供封閉的氬氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了在保護(hù)氣體環(huán)境下的激光焊接。本發(fā)明解決了大厚度鈦合金窄間隙激光填粉焊接的工藝方法問題，提供了完整的工藝解決方案，焊后可獲得無缺陷焊接接頭，進(jìn)一步提高了大厚度鈦合金窄間隙激光焊接技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光焊接領(lǐng)域，具體涉及一種大厚度鈦合金窄間隙激光焊接技術(shù)，特別是涉及一種基于自動(dòng)送粉與鋪粉的鈦合金窄間隙激光焊接裝置與方法。

背景技術(shù)

隨著航空工業(yè)的迅速發(fā)展，厚板鈦合金的應(yīng)用日益增長(zhǎng)。窄間隙激光焊接工藝兼具窄間隙焊和激光焊接的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最適用于大厚度、中厚度鈦合金板材的連接方法。該工藝對(duì)生產(chǎn)條件要求低、適應(yīng)性強(qiáng)，具備較高的自動(dòng)化程度，可獲得成形良好的焊縫。窄間隙激光焊接一般采用填粉或填絲的方式填充坡口，粉末和焊絲的填入可彌補(bǔ)母材金屬的蒸發(fā)和燒損，有效抑制焊后焊縫不連續(xù)、塌陷、咬邊等問題。此外，與填絲焊相比，由于金屬粉末具有更大的比表面積，激光填粉焊接工藝可大大提高對(duì)激光能量的吸收率。得益于自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，窄間隙激光填粉焊接具有良好的發(fā)展前景。

由于激光焊接的熱輸入大，焊接熔池溫度高，焊接過程中需對(duì)焊縫以及局部母材進(jìn)行必要的保護(hù)。在焊接高溫條件下，TC4鈦合金極易產(chǎn)生吸氫、吸氧，導(dǎo)致焊接接頭脆化嚴(yán)重。實(shí)際焊接過程，對(duì)鈦合金焊接熔池以及熱影響區(qū)的保護(hù)尤為重要。送粉式窄間隙激光填粉焊接是利用額外的送粉器將金屬粉末吹入，金屬粉末在高能激光束的照射下瞬間熔化，實(shí)現(xiàn)焊縫的填充。一方面，由于窄間隙焊接坡口較小，難以將粉末送入，極易造成金屬粉末的浪費(fèi)；另一方面，在施焊過程中對(duì)高溫焊縫區(qū)的有效保護(hù)成為了亟待解決的難題，焊后焊縫成形情況并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本文提出了一種封閉環(huán)境下基于自動(dòng)送粉及鋪粉的厚板鈦合金窄間隙激光焊接方法。在純氬的封閉環(huán)境中，無需人工操作，配合自動(dòng)送粉鋪粉裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)中厚板以及大厚板的窄間隙焊接。焊接過程中，無需額外的保護(hù)氣裝置和送粉設(shè)備，亦可獲得良好成形的焊縫。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種基于自動(dòng)鋪粉的大厚度鈦合金窄間隙激光焊接裝置與方法，包括下述步驟：

一種基于自動(dòng)鋪粉的大厚度TC4鈦合金窄間隙激光焊接裝置，包括導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、金屬粉末分發(fā)裝置、密閉氬氣箱、控制系統(tǒng)以及激光焊接設(shè)備，其特征在于：

(1)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：由2條Y向?qū)к墶?條X向?qū)к墶鲃?dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪、傳動(dòng)輪、同步帶以及滑臺(tái)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)即伺服電機(jī)，電機(jī)工作時(shí)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。X向?qū)к墐啥朔謩e懸掛于兩側(cè)的Y向?qū)к墸瑑蓷lY向?qū)к壒潭ㄓ谙潴w壁，外設(shè)的兩組驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同配合，實(shí)現(xiàn)X向?qū)к壴赮-方向上的移動(dòng)。X向?qū)к壨庠O(shè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)則驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)，實(shí)現(xiàn)其沿X-方向移動(dòng)。

(2)粉末分發(fā)裝置：包括送粉頭、刮刀及鋪粉輥，金屬粉末送入窄間隙坡口后，由刮刀鋪平，并由鋪粉輥壓實(shí)。粉末分發(fā)裝置與滑臺(tái)固連，依托導(dǎo)軌系統(tǒng)在水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在窄間隙坡口的送粉、鋪粉。

(3)密閉氬氣箱與控制系統(tǒng)：氬氣箱為氣密性良好的封閉箱體，頂部安裝有透明低反射玻璃，內(nèi)部設(shè)有可自動(dòng)升降的裝夾平臺(tái)，用于焊接過程中固定鈦合金板材。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、粉末分發(fā)裝置以及可升降裝夾平臺(tái)均與控制器相連，總控制面板集成于氬氣箱體壁，可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部裝置的控制。

進(jìn)一步地，送粉口側(cè)壁安裝有振動(dòng)器，隨送粉口打開而啟動(dòng)，避免送粉過程中出現(xiàn)卡粉的情況，送粉結(jié)束隨即關(guān)閉。

進(jìn)一步地，密閉氬氣箱的進(jìn)氣口位于箱體下部，并通過氣管、快插與高純氬氣瓶連接，出氣口位于箱體上部，隨著氬氣的通入，可將箱體內(nèi)部的空氣逐漸排出。