專利名稱：用于減少t型接頭焊接變形的雙激光束焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及T型接頭的激光焊接方法，尤其涉及T型接頭的雙激光束焊接方法。
背景技術(shù)：
在飛機的機身筒段中存在大量的蒙皮-長桁的T型接頭結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)目前主要采用傳統(tǒng)的鉚接方法進行連接。然而，鉚接不僅生產(chǎn)效率低，而且大大的增加結(jié)構(gòu)的重量。 為在客機制造過程中有效地降低飛機金屬機身重量同時提高生產(chǎn)效率，空中客車公司率先大規(guī)模開展了兩束激光雙側(cè)同步焊接試驗，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉚接工藝，并且已成功地應用到包括最小型A318，最大型A380在內(nèi)的多種機型的批量生產(chǎn)上。應用雙激光束兩側(cè)同步焊接方法，至少可以減輕飛機的重量，提高焊接結(jié)構(gòu)的精度和焊縫的質(zhì)量。對于飛機機身蒙皮-長桁T型接頭結(jié)構(gòu)，因為通常選用的T型接頭結(jié)構(gòu)的材料為鋁合金材料，然而鋁合金材料的熱膨脹系數(shù)較大，彈性模量較小，而且，雙激光束兩側(cè)同步焊接的熱源具有特殊性加之金屬板材的尺寸較大并且厚度較薄，再者，蒙皮上多道焊縫會導致焊接應力分布比較復雜，所以上述因素將導致在焊接過程中產(chǎn)生諸如角變形、撓曲變形等失穩(wěn)變形。圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)中對蒙皮-長桁的T型接頭結(jié)構(gòu)采用雙激光兩側(cè)同步焊接后的變形示意圖，由該圖可知，焊接后該T型接頭結(jié)構(gòu)既具有明顯的角變形β也有明顯的撓曲變形t (可結(jié)合后面的表1進行理解)。這些變形可能導致產(chǎn)品無法裝配，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，大大降低了產(chǎn)品的質(zhì)量，而矯形卻要消耗大量的人力和物力，有時甚至會導致產(chǎn)品報廢。因此，如何有效地減小焊接變形變得較為迫切。傳統(tǒng)減少焊接變形的方法主要通過低溫預熱、預置反變形、預拉伸、分段跳焊、隨焊碾壓、錘擊焊縫等方法。經(jīng)過大量的實踐發(fā)現(xiàn)，以上方法在大型的蒙皮-長桁的T型接頭結(jié)構(gòu)的實際生產(chǎn)制造過程中都難以做到有效地減少焊接變形。

發(fā)明內(nèi)容
為了在雙激光束兩側(cè)同步焊接的過程中減少T型接頭的焊接變形，尤其是鋁合金 T型接頭，本發(fā)明提出一種新的焊接方法，該方法操作方便、成本低廉、減小焊接變形的效果
顯者O本發(fā)明公開了一種T型接頭的雙激光束焊接方法，其包括以雙激光束對T型接頭的整體進行連續(xù)焊接的步驟，其特征在于，在連續(xù)焊接的步驟之前還包括定位焊接的步驟， 在定位焊接的步驟中，雙激光束在T型接頭的兩接合縫進行點固焊接至少在兩接合縫的其中之一上形成間隔開的定位焊縫，從而用于減少T型接頭的焊接變形。其中，在連續(xù)焊接的步驟中，雙激光束在T型接頭的兩接合縫對T型接頭的整體進行連續(xù)焊接。其中，在定位焊接的步驟中，點固焊接中不需填充焊絲。其中，T型接頭為蒙皮-長桁接頭。較優(yōu)地，在定位焊接的步驟中，焊接參數(shù)設(shè)定如下雙激光束的激光功率為 1400W 2200W，雙激光束的入射角度α為20° ；35°，焊接速度為1. 5 4. 5m/min。
更優(yōu)地，設(shè)定位焊縫的長度為L，T型接頭的長度為D，則0. 03D ^ L ^ 0. 08Do設(shè)相鄰兩個定位焊縫之間的距離為L’，則0. IOD ^L' ^ 0. 35D。優(yōu)選地，在定位焊接的步驟中使用保護氣，保護氣為He或Ar，保護氣的流量為 10 20L/min。更優(yōu)選地，該T型接頭的材料為鋁合金。本發(fā)明具有以下優(yōu)點第一、定位焊接與隨后進行的整體連續(xù)焊接所用的設(shè)備一致，相對于預置反變形等方法可以節(jié)約焊前準備時間以提高生產(chǎn)效率，相對于隨焊碾壓等方法降低了焊接工作頭的復雜性；第二、定位焊接可以使T型結(jié)構(gòu)(諸如蒙皮-長桁T型結(jié)構(gòu))在整體連續(xù)焊接前就成為一體結(jié)構(gòu)，可以防止長桁在焊接過程中偏離裝夾位置，保證焊接路徑的準確性，減少焊接變形的同時降低了焊接缺陷產(chǎn)生的幾率，如咬邊等；第三、本發(fā)明的焊接方法的普適性強，而且，焊接過程中的工藝參數(shù)對于減少金屬薄板(尤其是鋁合金薄板)的焊接變形具有顯著的效果，同時本發(fā)明中所述的T型結(jié)構(gòu)，包括但不限于十字結(jié)構(gòu)、丁字結(jié)構(gòu)等。通過實際的研究驗證，相比于在雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接之前未采用定位焊接的焊接方法，本發(fā)明的焊接方法可以最大限度的減少雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接所導致的焊接變形，并可以保證在雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接過程中焊接路徑的準確性。本發(fā)明不僅使焊接質(zhì)量得到保證，同時減少了焊接變形并提高了生產(chǎn)效率。


為了解釋本發(fā)明，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中圖1為對T型接頭進行定位焊接的示意圖；圖2為圖1的局部截面圖(旨在示出雙激光束的入射角度α )；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中僅進行整體連續(xù)焊接的T型接頭的變形示意圖。不同圖中的相似特征由相似的附圖標記指示。
具體實施例方式參見圖1和圖2，其示出了對鋁合金T型接頭進行定位焊接的示意圖和局部截面圖。首先，經(jīng)過焊前處理的蒙皮1與長桁2通過夾具固定在工作臺上，二者之間的接頭形式為T型接頭，整個T型接頭的長度為D。設(shè)置保護氣噴嘴4使其位于待發(fā)射的激光束3沿焊接方向的正后方，然后，以兩臺激光器(未示出)對蒙皮1-長桁2的鋁合金T型接頭的兩側(cè)對稱地點焊而形成具有一定長度L的數(shù)個定位焊縫5 (在圖1中，示意性地示出了三個定位焊縫)，相鄰的定位焊縫5之間具有一定間隔L’。緊接著，以兩臺激光器對T型接頭的整體進行雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接，這樣，定位焊縫5被連續(xù)焊接的焊縫所覆蓋，從而完成焊接。具體地，在形成定位焊縫5的點固焊接中采用不填充焊絲的方式進行施焊。優(yōu)選地，在定位焊接中，激光束的相關(guān)參數(shù)可設(shè)定如下激光功率為1400W 2200W，激光束的入射角度為20° 35°，焊接速度為1. 5 4. 5m/min。
更優(yōu)選地，在定位焊接中，定位焊縫的相關(guān)參數(shù)可設(shè)定如下定位焊縫的長度L的范圍一般在0. 03D 0. 08D之間，相鄰定位焊縫之間的長度L，的范圍一般在0. IOD 0. 35D 之間。優(yōu)選地，在定位焊接中，保護器噴嘴4所噴出的保護氣為He或Ar，保護氣流量為 10 20L/min。在本發(fā)明的一種實施方式中，蒙皮1的鋁合金板材尺寸為600mmX200mmXL 8mm, 長桁2 的鋁合金板材尺寸為600mmX^mmX 1. 8mm，則對于蒙皮1和長桁2在長度方向上形成的T型結(jié)構(gòu)來說，優(yōu)選定位焊縫長度為20mm 40mm，相鄰的定位焊縫之間的間距為 100 200mm。本發(fā)明中，通過在定位焊接過程中調(diào)整定位焊縫的長度和相鄰定位焊縫的間距、 激光功率以及焊接速度的匹配關(guān)系，最大限度地減少由焊接熱輸入而導致的焊接變形，同時提高焊接過程的穩(wěn)定性并控制T型接頭的力學性能。在表1中，示出了在不同的定位焊接的參數(shù)條件下以及在沒有定位焊接的情況下，分別對上述600mmX200mmX 1. 8m規(guī)格的蒙皮和600mm>^8mmX 1. 8mm規(guī)格的長桁所形成的鋁合金T型接頭進行雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接后所產(chǎn)生的焊接變形情形，其中，該焊接變形包括角變形和撓曲變形。表1未點固與點固焊后變形情況
權(quán)利要求
1.一種T型接頭的雙激光束焊接方法，其包括以雙激光束對所述T型接頭的整體進行連續(xù)焊接的步驟，其特征在于，在所述連續(xù)焊接的步驟之前還包括定位焊接的步驟，在所述定位焊接的步驟中，所述雙激光束在所述T型接頭的兩接合縫進行點固焊接至少在所述兩接合縫的其中之一上形成間隔開的定位焊縫，從而用于減少所述T型接頭的焊接變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙激光束焊接方法，其中，在所述定位焊接的步驟中，點固焊接中不填充焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙激光束焊接方法，其中，所述T型接頭為蒙皮-長桁接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的雙激光束焊接方法，其中，在定位焊接的步驟中， 焊接參數(shù)設(shè)定如下所述雙激光束的激光功率為1400W 2200W，雙激光束的入射角度為 20° 35°，焊接速度為1. 5 4. 5m/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙激光束焊接方法，其中，所述雙激光束的激光功率為 1600W，雙激光束的入射角度為22°，焊接速度為2m/min，焊縫長度20mm，焊縫間距200mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙激光束焊接方法，其中，設(shè)所述定位焊縫的長度為L，所述 T型接頭的長度為D，則0. 03D ^ L ^ 0. 08D。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙激光束焊接方法，其中，設(shè)相鄰兩個所述定位焊縫之間的距離為L，，則0. IOD C彡0. 35D。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙激光束焊接方法，其中，所述定位焊接的步驟中使用保護氣，所述保護氣為He或Ar，所述保護氣的流量為10 20L/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的雙激光束焊接方法，所述T型接頭的材料為鋁合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙激光束焊接方法，所述T型接頭的材料為鋁合金。
全文摘要
一種T型接頭的雙激光束焊接方法，其包括以雙激光束對所述T型接頭的整體進行連續(xù)焊接的步驟，其特征在于，在所述連續(xù)焊接的步驟之前還包括定位焊接的步驟，在該定位焊接的步驟中，雙激光束在所述T型接頭的兩接合縫進行點固焊接至少在兩接合縫的其中之一上形成間隔開的定位焊縫，從而用于減少T型接頭的焊接變形。相比于未在雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接前采用定位焊接的焊接方法，本發(fā)明的焊接方法可以最大限度的減少雙激光束兩側(cè)同步連續(xù)焊接所導致的焊接變形，并可以保證在雙激光兩側(cè)同步連續(xù)焊接過程中焊接路徑的準確性。本發(fā)明不僅使焊接質(zhì)量得到保證，同時減少了焊接變形并提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號B23K26/24GK102248298SQ201110191148
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉紅兵, 占小紅, 李 昊, 楊志斌, 楊模聰, 王玉華, 陳彥賓, 陳潔, 陶汪 申請人:上海飛機制造有限公司, 中國商用飛機有限責任公司, 哈爾濱工業(yè)大學