双光束激光焊接技术研究现状及应用.pdf

年度论坛にv
双光束激光焊接技术研究
现状及应用
Research Status and Application of Dual Beam Laser Welding Technology
上海航天精密机械硏究所赵耀邦成群林李中权
上海航天技术研究院王玉平
阐述了双光束激光焊接技术特点及硏究现状,对钛
合金双光束激光焊接工艺进行硏究,采用双光束激光焊能
增强澂光焊接的工艺适应性;减少焊接缺陷,焊接过程更
加稳定。试验研究表明,钛合金双光束激光焊焊缝成形良
好,钛合金双光束激光焊接头强度与母材相当。采用双光
束激光焊接某钛合金瀟壁结构件,满足设计要求的焊缝质
量标准要求。
DOI:10.16080/.jss1671-833x.2015.23/24.090
赵邦
博士,2012年就职于上海航天精密时钛合金、铝合金激光焊的气孔倾向TIG焊、激光焊、双光東激光焊3
机械研究所。现任上海航天精密机械研较大,给激光焊接技术在薄壁结构件种焊接工艺在焊接残余应力和变形、
究所技术研发中心激光加工专业副主任的应用带来了困难。
焊缝和热影响区宽度、阆隙和错边适
研究师,高级工程师。作为技术负责人
或主要技术人员参与了国家貨大科技专
为解决常规单光束激光焊存在应性、气孔倾向、合金元素烧损和挥
项、总装操索一代等多项激光加工装备的局限性,将单光束激光分离成两東发等方面的比较如表1所示。可看
及工艺研究项目。
激光,通过改变两束激光能量配比、出双光東激光焊既保留了一般激光
光東间距、排布方式,对激光焊接温焊的优点,又克服了其固有缺陷。由
度场、流动场进行方便、灵活调节,改此可见,双光東激光焊技术是实现薄
因激光焊的激光柬光斑直径小,变匙孔的存在模式与熔池的流动方壁结构件优质化、高适应性焊接的重
可精确控制焊接热输人,焊接线能量式,提高单激光焊的工艺适应性,为要技术途径。
小,因此激光焊接变形和残余应力均激光焊接工艺提供更加广阔的选择
很小,同时焊接热影响区窄、焊缝金空间。双光束激光焊接不仅拥有激
双光束激光爆接
属晶粒粗化倾向小。
光焊残余应力变形小、接头质量好等
技术发展现状
对于钣金成形的薄壁结构件来优点,且能较好解决常规激光焊接间1双光束激光焊接机理研究
说,由于成形精度难以控制,焊接裝隙适应性差、气孔倾向大、合金元素
双光束激光基础研究的重点集
配间隙较大,且存在一定的错边,同烧损严重等问题叫
中在单光東与双光東对比下的温度
90航空制造技术·2015年第23/24期
万方数据
Aviation Welding Tech
kp航空焊接技术
表1TG焊、单光束激光焊、双光束激光焊3种焊接工艺比较
参数
TG焊
单光束激光焊
双光束激光焊
焊接残余应力、变形
焊缝、热影响区宽度
间隙、错边适应性
气孔倾向
大宽好小少
小窄差大多
小窄好小少
(a)TG焊纵向挠曲变形
合金元素烧损、挥发
场、流动场分布特征以及等离子体、
1.5mm厚钛合金双光束激光焊
(b)TC焊横向角变形
匙孔稳定性等方面。
和TIG焊焊缝表面成形对比如图1
宾夕法尼亚大学J.Hu对双光束所示,可看出传统TIG焊工艺无论
激光焊接匙孔形貎进行了三维数值是焊缝正面还是背面的宽度均远大
仿真计算,研究发现随着两束光光斑于双光束激光焊。因此,双光束激光
间距增加,由一个匙孔逐渐变为两焊接焊缝及热影响区宽度均远小于
(c)双光束激光焊纵向挠曲变形
个,熔池尺寸增大四。曼彻斯特大学TG焊。
Blackburn等采用高速摄像研究了钛2钛合金双光束激光焊接变形
合金双光束激光焊接等离子体特征,
为定性描述双光朿激光焊接对
发现与单光束激光焊接相比,光致等焊接变形的控制,对比测量平板TG
离子体更加稳定,分析得出双光束激焊和双光束激光焊在纵向挠曲变
d)双光束激光焊横向角变形
光焊匙孔一直处于开放状态,从而使形和横向角变形的大小,如图2所
图2平板TG焊和激光焊焊接变形对比
得等离子体从匙孔中不断逸出,匙孔示。TIG焊纵向最大挠曲变形高达拉强度为1040.2MPa,与母材的抗拉
内等离子体的压力值始终保持在较14.3mm,双光東激光焊只有2.7mm;强度相当。焊接接头的断裂位置均
低水平,因此不会出现剧烈的等离子TG焊横向最大角变形8.6°,双光束在母材区域,说明焊缝的抗拉强度稍
体从匙孔内爆发而出的现象,焊接过激光焊只有2.4°
高于母材,与文献[]采用单光束激
程中飞滅较少。
3钛合金双光束激光焊接力学性能光焊接钛合金的力学性能大致相当。
2双光束激光焊接应用研究
钛合金焊接接头的室温平均抗4钛合金壁结构件双光束激光
在航天领域,南非科学与工业研
焊接
究中心国家激光中心(CSIR: National
针对某钛合金薄壁结构件纵缝
Laser Center)开展了用于导弹发动
双光束焊接,采用琴键式工装夹紧
机壳体的马氏体时效钢激光焊接技
焊缝正面、背面同时有氩气保护,
术研究,分别采用单激光焊、双光束
(a)TG焊正面焊缝成形
为避免焊接过程中热变形导致间隙
激光焊以及脉冲激光焊3种工艺,结
及错边变形,在纵缝焊接前先进行
果表明双光束激光焊的焊缝成形最
两端定位焊,最大间隙、错边量可达
好,拉伸试验断裂在母材,且具有良
0.2mm。对产品进行X射线检测,
好的工艺重复性円。
(b)TG焊背面焊成形
未发现超标缺陷,满足设计要求的
双光束激光用于填丝钎焊、异种
QJ166A-2011Ⅱ级焊缝质量标准要
材料的焊接,能增强激光钎焊、填丝
求,采用三坐标测量仪对焊后直线
焊工艺的焊丝钎料的熔化能力及过
度、圆度进行测量,达到设计指标,无
程稳定性,可实现异种材料优质焊
需焊后矫形。
接。采用双光束焊接不等厚板,在汽
(c)双光束激光焊正面焊缝成形
图3为钛合金薄壁结构件双光
车拼焊板加工领域已有一定的工业
東激光焊接实物。
化应用。
钛合金双焦点激光
接技术研究
(d)双光束激光焊背面焊缝成形
1钛合金双光束激光爆接焊缝成形图1双光東激光焊与TG焊缝表面成形对比图3钛合金薄壁结构件双光束激光焊接实物
2015年第23/24期?航空制造技术9
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