一種預(yù)填焊材的t型結(jié)構(gòu)雙激光束焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種雙激光束焊接方法，特別涉及一種預(yù)填焊材的T型結(jié)構(gòu)雙激光束焊接方法，可以應(yīng)用于飛機(jī)壁板制造過(guò)程中長(zhǎng)桁和蒙皮的焊接過(guò)程。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛機(jī)的機(jī)身筒段中存在大量的長(zhǎng)桁-蒙皮T型結(jié)構(gòu)，這種T型結(jié)構(gòu)此前主要采用傳統(tǒng)的鉚接方法進(jìn)行連接。然而，鉚接不但生產(chǎn)效率低下，而且額外增加了機(jī)身的重量，降低了飛機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。上世紀(jì)90年代初空中客車公司率先開(kāi)展了雙側(cè)激光同步焊接技術(shù)的研究，并成功利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)桁1-蒙皮2T型結(jié)構(gòu)的焊接，焊縫成形如圖1所示。相比于鉚接工藝，雙側(cè)激光同步焊接不僅提高了生產(chǎn)效率，而且大大降低了機(jī)身重量，因此更加節(jié)約燃油，降低了飛行成本。目前這一革新技術(shù)已成功應(yīng)用于空中客車A318/A380等型號(hào)機(jī)身壁板的加工制造工藝上。
[0003]為了獲得外形均勻?qū)ΨQ且尺寸達(dá)標(biāo)的雙側(cè)激光焊縫，焊接工藝要求采用雙側(cè)對(duì)稱填送焊絲的方式。焊絲的作用主要為補(bǔ)充焊接金屬、合金調(diào)控以強(qiáng)化焊縫并抑制焊縫內(nèi)孔洞、裂紋等缺陷。而由于硅元素具有突出的流動(dòng)特性，實(shí)際生產(chǎn)中使用較多的主要為鋁硅焊絲(如ER4043和ER4047焊絲)。然而，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)由于T型結(jié)構(gòu)雙激光束焊接明顯不同于對(duì)接焊接的熔池流場(chǎng)特征，導(dǎo)致焊絲內(nèi)合金元素很難與原始蒙皮母材充分混合。以上原因形成了以蒙皮上表面為分界，焊縫內(nèi)上下側(cè)元素分布不均勻的問(wèn)題，即焊縫長(zhǎng)桁側(cè)3的元素組成主要由長(zhǎng)桁I與焊絲成分充分混合而形成，而焊縫蒙皮側(cè)4的元素組成則主要由蒙皮2與很少量焊絲成分不均勻混合而形成，特別是在焊縫蒙皮側(cè)4最大熔深H附近組織基本是由蒙皮2母材重新凝固結(jié)晶而形成，如圖1所示。由于現(xiàn)有雙側(cè)激光焊接沒(méi)有凹槽，焊縫中焊絲合金成分自上至下呈梯度不均勻分布使焊絲對(duì)焊縫蒙皮側(cè)4組織合金調(diào)控和裂紋抑制的作用被極大限制，最終導(dǎo)致熱裂紋缺陷在焊縫底部萌生擴(kuò)展以及焊縫整體力學(xué)性能的下降。
[0004]針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)外已經(jīng)有學(xué)者展開(kāi)相關(guān)研究并發(fā)現(xiàn)，通過(guò)增大送絲速度能夠促使焊絲成分在慣性的作用下進(jìn)一步向熔池底部擴(kuò)展。然而，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)僅僅通過(guò)增大送絲速度很難實(shí)現(xiàn)焊絲成分在熔池底部的充分混合，更重要的是過(guò)大的送絲速度不但會(huì)惡化焊縫成形更會(huì)破壞雙側(cè)激光焊接的穩(wěn)定性，從而形成焊接缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決由雙側(cè)激光焊接熔池流場(chǎng)特性所造成的焊絲合金元素在焊縫中混合不均勻的問(wèn)題，而提出一種預(yù)填焊材的T型結(jié)構(gòu)雙激光束焊接方法。
[0006]本發(fā)明提出的一種預(yù)填焊材的T型結(jié)構(gòu)雙激光束焊接方法，所述焊接方法是對(duì)飛機(jī)壁板T型結(jié)構(gòu)的焊接，該T型結(jié)構(gòu)由豎直放置的長(zhǎng)桁與水平放置的蒙皮焊接而成，具體焊接方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0007]步驟一、加工凹槽:在蒙皮上表面待焊位置中心沿焊接方向機(jī)械銑削凹槽，對(duì)蒙皮進(jìn)行化學(xué)清洗以去除氧化膜和加工污漬；
[0008]步驟二、向凹槽中預(yù)填焊材:選擇雙側(cè)激光焊接中使用的ER4047焊絲作為預(yù)填焊材，將焊絲從焊絲盤引出并先后穿過(guò)刮削筒和電阻加熱筒，導(dǎo)輪和碾壓輪依次放置于凹槽上，焊絲通過(guò)導(dǎo)輪被送入凹槽內(nèi)，隨后碾壓輪對(duì)凹槽內(nèi)的焊絲進(jìn)行碾壓使其鑲嵌于凹槽內(nèi)，預(yù)填焊材與凹槽表面緊密配合無(wú)孔隙，且預(yù)填焊材上表面與蒙皮上表面重合，完成預(yù)填焊材過(guò)程，碾壓輪的寬度d大于凹槽的最大寬度Li;
[0009]步驟三、對(duì)長(zhǎng)桁與蒙皮進(jìn)行雙激光束焊接:將長(zhǎng)桁沿凹槽的豎直中心線放置于預(yù)填焊材上，將兩個(gè)焊絲對(duì)稱放置于長(zhǎng)桁兩側(cè)，兩個(gè)激光束對(duì)稱放置于長(zhǎng)桁兩側(cè)，兩個(gè)保護(hù)氣噴嘴對(duì)稱放置于長(zhǎng)桁兩側(cè)，焊絲、激光束和保護(hù)氣噴嘴的順序?yàn)橛汕爸梁笠来卧O(shè)置，長(zhǎng)桁和蒙皮的厚度均為2mm?3mm，雙激光束的激光功率為2500W?3500W，雙激光束的入射角度為20°?35°，焊接速度為2m/min?12m/min，采用惰性氣體對(duì)雙側(cè)激光焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，保護(hù)氣的氣流量為10L/min?20L/min，對(duì)長(zhǎng)桁與蒙皮進(jìn)行雙激光束焊接，獲得雙側(cè)對(duì)稱焊縫。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0011]一、由于本發(fā)明進(jìn)行連續(xù)焊接步驟之前增加了凹槽，并向凹槽中預(yù)填焊材的步驟，凹槽使得焊絲元素能夠在焊縫蒙皮側(cè)內(nèi)均勻混合，焊縫長(zhǎng)桁側(cè)與蒙皮側(cè)中焊絲成分分布差異基本消除，最終降低了焊縫的裂紋傾向，提高了焊縫的力學(xué)性能。本發(fā)明方法能夠有效解決雙側(cè)激光焊接過(guò)程中焊絲元素在焊縫中無(wú)法均勻混合的問(wèn)題。
[0012]二、本發(fā)明的方法中預(yù)制的凹槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工且選擇多樣，可以根據(jù)具體需要選擇不同界面形貌的凹槽;實(shí)驗(yàn)證明，合理加工凹槽不會(huì)破壞T型結(jié)構(gòu)焊縫特征，能夠在傳統(tǒng)T型結(jié)構(gòu)焊縫的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高焊縫的力學(xué)性能。
[0013]三、本發(fā)明的方法中預(yù)填焊材可以選用與雙激光束焊接相同的焊絲(預(yù)填焊材和雙激光束焊絲均選用ER4047焊絲)，無(wú)需特殊加工焊材，降低成本;實(shí)驗(yàn)證明，焊絲先后經(jīng)過(guò)刮削、預(yù)熱和碾壓能夠被理想填入凹槽內(nèi)，未見(jiàn)成形缺陷，不影響焊接過(guò)程穩(wěn)定性。
[0014]四、本發(fā)明的方法中預(yù)填焊材可以選用與雙激光束焊接不同成分的焊絲(預(yù)填焊材選用ER2319焊絲、雙激光束焊絲選用ER4047焊絲)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊縫蒙皮側(cè)組織的特定調(diào)控。
[0015]五、本發(fā)明的方法不僅適用于T型結(jié)構(gòu)的焊接，也適用于搭接結(jié)構(gòu)、十字結(jié)構(gòu)、丁字結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的焊接。
[0016]六、本發(fā)明的方法容易實(shí)現(xiàn)，且效率高、成本低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是蒙皮-長(zhǎng)桁T型結(jié)構(gòu)雙激光束焊縫示意圖；
[0018]圖2是預(yù)置凹槽6為倒三角形的示意圖；
[0019]圖3是預(yù)置凹槽6為矩形的示意圖；
[0020]圖4是在凹槽內(nèi)碾壓預(yù)填焊材的示意圖；
[0021 ]圖5是長(zhǎng)桁I置于預(yù)填焊材12上的位置示意圖；
[0022]圖6是雙激光束填絲焊接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的焊接方法是對(duì)飛機(jī)壁板T型結(jié)構(gòu)的焊接，該T型結(jié)構(gòu)由豎直放置的長(zhǎng)桁I與水平放置的蒙皮2焊接而成，具體焊接方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0024]步驟一、加工凹槽6:在蒙皮2上表面待焊位置中心沿焊接方向機(jī)械銑削凹槽6，凹槽6的類型及加工尺寸根據(jù)焊縫蒙皮側(cè)4橫截面的實(shí)際尺寸及限制條件設(shè)計(jì)，對(duì)蒙皮2進(jìn)行化學(xué)清洗以去除氧化膜和加工污漬；
[0025]步驟二、向凹槽6中預(yù)填焊材12:將焊絲9從焊絲盤5引出并先后穿過(guò)刮削筒7和電阻加熱筒8，其中刮削筒7作用為去除焊絲表面氧化膜及污垢，防止其進(jìn)入凹槽6內(nèi)，電阻加熱筒8作用為預(yù)熱焊絲，使焊絲更易于形變，為接下來(lái)的碾壓過(guò)程做準(zhǔn)備；導(dǎo)輪10和碾壓輪11依次放置于凹槽6上，焊絲9通過(guò)導(dǎo)輪10被送入凹槽6內(nèi)，隨后碾壓輪11對(duì)凹槽6內(nèi)的焊絲9進(jìn)行碾壓使其鑲嵌于凹槽6內(nèi)，預(yù)填焊材12與凹槽6表面緊密配合無(wú)孔隙，且預(yù)填焊材12上表面與蒙皮2上表面重合，完成預(yù)填焊材過(guò)程，碾壓輪11的寬度d大于凹槽6的最大寬度L1;
[0026]步驟三、對(duì)長(zhǎng)桁I與蒙皮2進(jìn)行雙激光束焊接:將長(zhǎng)桁I沿凹槽6的豎直中心線N-N放置于預(yù)填焊材12上(長(zhǎng)桁I與蒙皮2構(gòu)成T型結(jié)構(gòu))，將兩個(gè)焊絲9對(duì)稱放置于長(zhǎng)桁I兩側(cè)，兩個(gè)激光束13對(duì)稱放置于長(zhǎng)桁I兩側(cè)，兩個(gè)保護(hù)氣噴嘴14對(duì)稱放置于長(zhǎng)桁I兩側(cè)，焊絲9、激光束13和保護(hù)氣噴嘴14的順序?yàn)橛汕爸梁笠来卧O(shè)置，長(zhǎng)桁I和蒙皮2的厚度均為2mm?3mm，雙激光束的激光功率為2500W?3500W，雙激光束的入射角度為20°?35°，焊接速度為2m/min?12m/min，采用惰性氣體對(duì)雙側(cè)激光焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，保護(hù)氣的氣流量為10L/min?20L/min，對(duì)長(zhǎng)桁I與蒙皮2進(jìn)行雙激光束焊接，獲得雙側(cè)對(duì)稱焊縫15。
[0027]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2和圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中凹槽6的截面形狀為倒三角形或矩形。其它步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2和