[發明專利]一種用于三層結構激光焊夾緊和背面保護的裝置及方法

在審

• 申請號: 202110762072.X
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113478078A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 白立安;白海林;李康平;王瀟
• 申請（專利權）人: 西安遠飛航空技術發展有限公司
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于三層結構激光焊夾緊和背面保護的裝置及方法，裝置包括兩組偏心銅管，銅管外徑Φ8mm，內徑Φ3mm，內外圓偏心距為1mm，盲孔結構；在銅管凸出一側沿長度方向開有三排孔徑為Φ2mm的溢氣孔，相鄰兩排溢氣孔沿周向成65°夾角，縱向孔間距40mm，分布于長度方向的中間區域。使用該保護夾緊裝置焊接時，按照一定的角度和方向旋轉兩組銅管即可實零件夾緊，確保焊件之間的間隙均勻一致。旋轉銅管夾緊焊件的同時，將氬氣通入到夾緊裝置中并持續通氣，在焊縫背面形成局部氬氣環境，隔離空氣進入，保證熔融和高溫金屬免受氧化，達到保護焊縫背面的目的。

技術領域

本發明涉及激光焊接加工領域，尤其涉及一種用于三層結構激光焊夾緊和背面保護的裝置及方法。

背景技術

隨著航空器性能的持續提高，不僅僅僅要求航空器更加安全可靠，也提出了輕量化、耐腐蝕、長壽命和低成本等要求，因此航空器大量使用了輕質材料制造。其中的代表產品是燃油系統中的過載油箱、側滾殼體和外溢油管等，均采用超薄壁(0.5mm)不銹鋼激光焊接技術制造，滿足飛行器在任意姿態、任意過載和任意氣候下，可以穩定且足量的油量供給和及時切斷。

燃油系統中典型的接頭形式是三層“T”型不銹鋼結構，激光束從接頭正面一次熔化三層不銹鋼組件，形成強度系數超過0.9的焊接接頭。由于系統需要在大過載服役環境下運行，流量控制精密，整體結合強度高，要求裝配間隙全程小于等于0.05mm、焊縫達到航空一級要求(HB5363)、焊縫反面(油箱內部)不得出現氧化皮渣和變色等缺陷。

為了保證燃油系統的強度和質量，擯棄了傳統的機械連接和氬弧焊，采用能量密度更高、接頭質量好的激光焊接技術制造燃油系統。由于不銹鋼材料自身的特點，在大氣環境下焊接不銹鋼材料時，必定氧化熔覆金屬、污染接頭表面，導致焊縫性能降低、接頭正反面出現氧化皮渣和變色的情況。惡化的接頭性能無法滿足強度要求，導致燃油系統漏油或者崩潰。脫落的氧化皮渣匯入航空燃油，進入輸油管路系統，阻塞油路，覆蓋過濾網，導致流量不足、流速紊亂，嚴重影響航空器的正常運行。由于激光束的光斑直徑僅有0.18mm～0.28mm，焊接行走設備的橫擺誤差為±0.1mm，要求焊前裝配間隙不得大于0.05mm。

目前工程上使用的不銹鋼激光焊接夾緊和背面保護裝置，是采用不同的設施完成的，壓緊方式分為分節琴鍵和整體螺釘式。沒有將夾緊和保護功能融合到一體上，也不適用于三層結構的焊接，具有三個難以克服的缺點。

1)、工件內部空間狹小，不能同時排布夾緊與氣體保護裝置；

2)、采用螺釘夾緊時，無法牢靠夾緊工件內部區域，中間部分的螺釘與扳手產生干涉無法操作；

3)、夾緊時需逐一鎖緊螺釘，甚至需要調試鎖緊螺釘的先后順序，才能保證需要的工件緊密貼合，生產效率低，要求人員技能和經驗高，影響焊接質量的穩定性。

因此，在不銹鋼激光焊接過程，保證焊前間隙小于等于0.05mm、焊接過程中金屬不受氧化，是完成燃油系統焊接的關鍵。如何解決薄壁類零件激光焊接時，工件的背面夾緊和背面保護，并且保證焊縫質量的穩定，成為徹底解決激光焊接問題的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于三層結構激光焊夾緊和背面保護的裝置及方法，以解決上述技術問題，為實現上述目的本發明采用以下技術方案：

一種用于三層結構激光焊夾緊和背面保護的裝置，包括兩組偏心銅管，銅管外徑Φ8mm，內徑Φ3mm，內外圓偏心距為1mm，盲孔結構；在銅管凸出一側沿長度方向開有三排孔徑為Φ2mm的溢氣孔，相鄰兩排溢氣孔沿周向成65°夾角，縱向孔間距40mm，分布于長度方向的中間區域。

一種用于三層結構激光焊夾緊和背面保護的方法，包括如下步驟：

步驟1、焊接時將要焊接的工件裝夾在偏心銅管中間，并預先向銅管中通氬氣2分鐘，流量為5升/分鐘；