一種薄板t型接頭的雷射-電弧複合焊接方法
2023-05-25 00:17:16
專利名稱：一種薄板t型接頭的雷射-電弧複合焊接方法
技術領域：
本發明涉及一種薄板T型接頭的雷射-電弧複合焊接方法，屬於雷射材料 加工技術領域。
背景技術：
在航空航天，船舶，高速列車工業中，為實現結構輕量化，以實現減輕 重量，降低能耗，節約材料消耗，以T型接頭為代表的蒙皮與骨架組成的焊 接結構設計成為主流技術之一，並已成功應用於大尺寸構件中。
雷射焊接技術以工藝可靠，低變形與柔性化的特點，成為該類結構連接 最具技術和經濟優勢的加工手段，並成功替代了傳統的鉚接工藝。例如，在 空殼A340飛機上，機身蒙皮與內支撐梁組成的T型接頭採用雷射焊接技術取 代傳統的鉚接技術，不僅使飛機重量減輕15%，同時生產效率顯著提高。另外 德國的Mayer船廠已將雷射焊接技術應用於T型結構"三明治"船板的焊接 中，使結構減重最大高達40%。
目前對於薄板T型接頭的雷射焊接主要有以下幾種方法(1)採用單激 光束從筋板兩側順序分別施焊，這種方法焊接工藝要求嚴格，焊接效率低， 應力變形不易控制，焊後矯正工作量非常大，在實際應用中有很大的局限性。 (2)利用兩束雷射分別從T型接頭筋板兩側同步施焊，該方法與第一種方法 相比，雖然可以提高焊接效率，焊接應力變形可控，但同樣對筋板和底板的 裝配精度要求較高，焊接工藝要求相當嚴格，此外，需要兩臺雷射器協同工 作或者一臺高功率雷射器採用分光鏡分束，並分別聚焦後進行焊接，導致焊 接成本急劇增加。另外隨工業應用擴展， 一些T型接頭焊接受結構、尺寸限 制，不能從筋板側焊接，對於這類結構只能從底板頂面焊接，上述兩種焊接 方法就無能為力了。 (3)採用雷射束從T型接頭的底板頂面進行穿透焊接， 這種方法可以實現T型結構從底板上方焊接，但對T型接頭底板與筋板對接 裝配間隙要求很高， 一般要求為零間隙。另一方面，筋板和底板連接處焊趾 熔合不好，存在較大的應力集中，同時搭接面焊縫截面較小，焊縫剪切強度低。特別重要的是這種方法時，在焊縫根部的形成氣孔幾乎不能克服，如附圖1所示，影響焊接質量。
總之，採用上述雷射焊接方法雖然可以進行薄板T型接頭的焊接，但都
不同程度的存在著焊接效率低，應力變形不易控制，對裝配精度要求高，工藝要求嚴格，焊縫剪切強度低，以及焊接成本較高等問題，特別是對於尺寸較大的T型接頭，這些問題顯得尤為突出。
發明內容
本發明的目的在於針對航空航天工業中廣泛應用的薄板T型結構，採用雷射-電弧複合焊接技術，開發一種從底板頂面焊接的雷射焊接方法。解決目前對T型接頭雙光束從筋板兩側對稱焊接時的結構限制問題以及採用單一雷射
從背板穿透焊時，筋板與底板連接處焊趾的過渡不圓滑以及焊縫根部氣孔不能消除的問題，同時提高焊接效率，降低焊縫裝配間隙要求。
為了實現上述目的，本發明採取了如下技術方案。該方法在焊接時，雷射束7從底板2的頂面入射，電弧6相對雷射束7旁軸布置於雷射束7的前方或後方，雷射束7和電弧6組成的複合熱源作用於筋板1正上方，其中雷射束7、電弧6及筋板1布置在一個平面內，從T型接頭底板2側完成深熔焊接。本方法也可以添加填充焊絲10，其中焊絲10與電弧6相對於雷射束7相向布置。
所述的電弧6為TIG電弧或等離子弧。所述的雷射束7為C02雷射、YAG雷射或光纖雷射。
本發明的優點是採用複合熱源從T型接頭的底板側進行穿透焊接，實現T型接頭的一次焊接成型，不受工件結構和尺寸的限制，可以實現三維焊接。第二，由於雷射和電弧的相互作用，焊接過程穩定性可以明顯改善，消除了單純雷射焊接時小孔根部的氣孔問題，同時可以提高焊接速度。第三，由於電弧的加熱區域大，熔池較寬，改善了T型接頭底板和筋板處的焊趾過渡情況，實現了均勻的圓滑過渡。第四，對於間隙過大的接頭可以採用填充焊絲，改善焊縫表面的成型。
T型接頭的雷射-電弧複合焊接方法，焊接工藝簡單，設備成本低，焊接
4效率高，可以實現三維焊接，同時解決了雷射焊接時的難易克服的氣孔問題，同時獲得連接處焊趾圓滑過渡的焊接接頭。這對於焊縫成型要求嚴格的特殊應用領域以及結構超大構件的T型接頭焊接具有較大的經濟和技術意義。
圖1 :採用單雷射從底板頂面焊接的T型接頭橫截面及縱截面2:本發明具體實施方式
的複合焊接裝置示意3:本發明採用填充焊絲的實施方式示意4:採用本發明方法的焊接效果
圖中1、筋板，2、底板，3、焊縫，4、焊炬噴咀，5、鎢極，6、
電弧，7、雷射束，8、等離子體，9、送絲咀，1 0、焊絲。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明實施例1:
本實施例的實施方式參見附圖2，本實施方式採用C02雷射-T I G電弧複合熱源從T型接頭底板2頂面實現焊接，其中雷射束7從底板2的頂面垂直入射，TIG電弧6相對雷射束7旁軸布置於雷射束7的後方，電弧6與底板頂面的夾角為45。，雷射束7和電弧6組成的複合熱源作用於筋板1正上方，從T型接頭底板2側完成深熔焊接。焊接時，雷射束7、電弧6及筋板1布置在一個平面內。
其中筋板1和底板2為2mm厚的不鏽鋼板，採用的雷射器為DC035 SlabC02雷射器，TIG電源直流正接。焊接工藝參數為雷射功率2000W，電弧電流130A，焊接速度2m/min，保護氣為25L/min的He氣。圖4為本發明的焊接效果。焊接接頭成型良好，筋板1和底板2連接處焊趾過渡均勻，圓滑，解剖焊縫未見氣孔、裂紋等缺陷，較好的解決了圖1中雷射焊接時的氣孔問題。實施例2:
本實施例與實施例1的方法基本相同，不通之處僅在於本方法在焊接時，添加了填充焊絲10，參見附圖3。其中焊絲10與電弧6布置在雷射束7的兩側，並且焊絲IO、雷射束7、電弧6及筋板1布置在一個平面上。
權利要求
1、一種薄板T型接頭的雷射-電弧複合焊接方法，其特徵在於焊接時，雷射束(7)從底板(2)的頂面入射，電弧(6)相對雷射束(7)旁軸布置於雷射束(7)的前方或後方，雷射束(7)和電弧(6)組成的複合熱源作用於筋板(1)正上方，其中雷射束(7)、電弧(6)及筋板(1)布置在一個平面內，從T型接頭底板(2)側完成深熔焊接。
2、 根據權力要求1所述的一種薄板T型接頭的雷射-電弧複合焊接方法，其 特徵在於添加填充焊絲(10)，填充焊絲(10)與電弧(6)相對於雷射束(7)相向布置。
3、 根據權利要求1或權利要求2所述的一種薄板T型接頭的雷射-電弧複合 焊接方法，其特徵在於所述的電弧(6)為TIG電弧或等離子弧。
4、 根據權力要求1或權利要求2所述的一種薄板T型接頭的雷射-電弧複合 焊接方法，其特徵在於雷射束(7)為C(V雷射、YAG雷射或光纖雷射。
全文摘要
本發明涉及一種薄板T型接頭的雷射-電弧複合焊接方法，屬於雷射材料加工技術領域。本發明採用雷射-電弧複合熱源，從底板側完成T型接頭的焊接，雷射束從底板的頂面入射，電弧相對雷射束旁軸布置於雷射束的前方或後方，複合熱源從T型接頭底板側完成深熔焊接。採用本發明焊接的接頭焊縫成型良好，筋板和底板連接處焊趾過渡均勻、圓滑，解剖焊縫未見氣孔、裂紋等缺陷。本發明充分利用了複合熱源的特點，在雷射-電弧的相互作用下，焊接過程穩定性明顯改善，焊接效率提高，並可降低焊接變形。
文檔編號B23K28/02GK101474727SQ20091007701
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優先權日2009年1月16日
發明者吳世凱, 楊武雄, 肖榮詩, 鎧 陳 申請人:北京工業大學