CN102248298A - 用于减少t型接头焊接变形的双激光束焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种T型接头的双激光束焊接方法，其包括以双激光束对所述T型接头的整体进行连续焊接的步骤，其特征在于，在所述连续焊接的步骤之前还包括定位焊接的步骤，在该定位焊接的步骤中，双激光束在所述T型接头的两接合缝进行点固焊接至少在两接合缝的其中之一上形成间隔开的定位焊缝，从而用于减少T型接头的焊接变形。相比于未在双激光束两侧同步连续焊接前采用定位焊接的焊接方法，本发明的焊接方法可以最大限度的减少双激光束两侧同步连续焊接所导致的焊接变形，并可以保证在双激光两侧同步连续焊接过程中焊接路径的准确性。本发明不仅使焊接质量得到保证，同时减少了焊接变形并提高了生产效率。

Description

用于减少T型接头焊接变形的双激光束焊接方法

技术领域

本发明涉及T型接头的激光焊接方法，尤其涉及T型接头的双激光束焊接方法。

背景技术

在飞机的机身筒段中存在大量的蒙皮-长桁的T型接头结构，这种结构目前主要采用传统的铆接方法进行连接。然而，铆接不仅生产效率低，而且大大的增加结构的重量。为在客机制造过程中有效地降低飞机金属机身重量同时提高生产效率，空中客车公司率先大规模开展了两束激光双侧同步焊接试验，用以代替传统铆接工艺，并且已成功地应用到包括最小型A318，最大型A380在内的多种机型的批量生产上。应用双激光束两侧同步焊接方法，至少可以减轻飞机的重量，提高焊接结构的精度和焊缝的质量。

对于飞机机身蒙皮-长桁T型接头结构，因为通常选用的T型接头结构的材料为铝合金材料，然而铝合金材料的热膨胀系数较大，弹性模量较小，而且，双激光束两侧同步焊接的热源具有特殊性加之金属板材的尺寸较大并且厚度较薄，再者，蒙皮上多道焊缝会导致焊接应力分布比较复杂，所以上述因素将导致在焊接过程中产生诸如角变形、挠曲变形等失稳变形。图3示出了现有技术中对蒙皮-长桁的T型接头结构采用双激光两侧同步焊接后的变形示意图，由该图可知，焊接后该T型接头结构既具有明显的角变形β也有明显的挠曲变形t(可结合后面的表1进行理解)。这些变形可能导致产品无法装配，结构失稳，大大降低了产品的质量，而矫形却要消耗大量的人力和物力，有时甚至会导致产品报废。因此，如何有效地减小焊接变形变得较为迫切。

传统减少焊接变形的方法主要通过低温预热、预置反变形、预拉伸、分段跳焊、随焊碾压、锤击焊缝等方法。经过大量的实践发现，以上方法在大型的蒙皮-长桁的T型接头结构的实际生产制造过程中都难以做到有效地减少焊接变形。

发明内容

为了在双激光束两侧同步焊接的过程中减少T型接头的焊接变形，尤其是铝合金T型接头，本发明提出一种新的焊接方法，该方法操作方便、成本低廉、减小焊接变形的效果显著。

本发明公开了一种T型接头的双激光束焊接方法，其包括以双激光束对T型接头的整体进行连续焊接的步骤，其特征在于，在连续焊接的步骤之前还包括定位焊接的步骤，在定位焊接的步骤中，双激光束在T型接头的两接合缝进行点固焊接至少在两接合缝的其中之一上形成间隔开的定位焊缝，从而用于减少T型接头的焊接变形。其中，在连续焊接的步骤中，双激光束在T型接头的两接合缝对T型接头的整体进行连续焊接。

其中，在定位焊接的步骤中，点固焊接中不需填充焊丝。

其中，T型接头为蒙皮-长桁接头。

较优地，在定位焊接的步骤中，焊接参数设定如下：双激光束的激光功率为1400W～2200W，双激光束的入射角度α为20°～35°，焊接速度为1.5～4.5m/min。

更优地，设定位焊缝的长度为L，T型接头的长度为D，则0.03D≤L≤0.08D。设相邻两个定位焊缝之间的距离为L’，则0.10D≤L’≤0.35D。

优选地，在定位焊接的步骤中使用保护气，保护气为He或Ar，保护气的流量为10～20L/min。

更优选地，该T型接头的材料为铝合金。

本发明具有以下优点：

第一、定位焊接与随后进行的整体连续焊接所用的设备一致，相对于预置反变形等方法可以节约焊前准备时间以提高生产效率，相对于随焊碾压等方法降低了焊接工作头的复杂性；

第二、定位焊接可以使T型结构(诸如蒙皮-长桁T型结构)在整体连续焊接前就成为一体结构，可以防止长桁在焊接过程中偏离装夹位置，保证焊接路径的准确性，减少焊接变形的同时降低了焊接缺陷产生的几率，如咬边等；

第三、本发明的焊接方法的普适性强，而且，焊接过程中的工艺参数对于减少金属薄板(尤其是铝合金薄板)的焊接变形具有显著的效果，同时本发明中所述的T型结构，包括但不限于十字结构、丁字结构等。

通过实际的研究验证，相比于在双激光束两侧同步连续焊接之前未采用定位焊接的焊接方法，本发明的焊接方法可以最大限度的减少双激光束两侧同步连续焊接所导致的焊接变形，并可以保证在双激光束两侧同步连续焊接过程中焊接路径的准确性。本发明不仅使焊接质量得到保证，同时减少了焊接变形并提高了生产效率。

附图说明

为了解释本发明，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：

图1为对T型接头进行定位焊接的示意图；

图2为图1的局部截面图(旨在示出双激光束的入射角度α)；

图3为现有技术中仅进行整体连续焊接的T型接头的变形示意图。

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。

具体实施方式

参见图1和图2，其示出了对铝合金T型接头进行定位焊接的示意图和局部截面图。首先，经过焊前处理的蒙皮1与长桁2通过夹具固定在工作台上，二者之间的接头形式为T型接头，整个T型接头的长度为D。设置保护气喷嘴4使其位于待发射的激光束3沿焊接方向的正后方，然后，以两台激光器(未示出)对蒙皮1-长桁2的铝合金T型接头的两侧对称地点焊而形成具有一定长度L的数个定位焊缝5(在图1中，示意性地示出了三个定位焊缝)，相邻的定位焊缝5之间具有一定间隔L’。紧接着，以两台激光器对T型接头的整体进行双激光束两侧同步连续焊接，这样，定位焊缝5被连续焊接的焊缝所覆盖，从而完成焊接。

具体地，在形成定位焊缝5的点固焊接中采用不填充焊丝的方式进行施焊。

优选地，在定位焊接中，激光束的相关参数可设定如下：激光功率为1400W～2200W，激光束的入射角度为20°～35°，焊接速度为1.5～4.5m/min。

更优选地，在定位焊接中，定位焊缝的相关参数可设定如下：定位焊缝的长度L的范围一般在0.03D～0.08D之间，相邻定位焊缝之间的长度L’的范围一般在0.10D～0.35D之间。

优选地，在定位焊接中，保护器喷嘴4所喷出的保护气为He或Ar，保护气流量为10～20L/min。

在本发明的一种实施方式中，蒙皮1的铝合金板材尺寸为600mm×200mm×1.8mm，长桁2  的铝合金板材尺寸为600mm×28mm×1.8mm，则对于蒙皮1和长桁2在长度方向上形成的T型结构来说，优选定位焊缝长度为20mm～40mm，相邻的定位焊缝之间的间距为100～200mm。

本发明中，通过在定位焊接过程中调整定位焊缝的长度和相邻定位焊缝的间距、激光功率以及焊接速度的匹配关系，最大限度地减少由焊接热输入而导致的焊接变形，同时提高焊接过程的稳定性并控制T型接头的力学性能。

在表1中，示出了在不同的定位焊接的参数条件下以及在没有定位焊接的情况下，分别对上述600mm×200mm×1.8m规格的蒙皮和600mm×28mm×1.8mm规格的长桁所形成的铝合金T型接头进行双激光束两侧同步连续焊接后所产生的焊接变形情形，其中，该焊接变形包括角变形和挠曲变形。

表1未点固与点固焊后变形情况

经过对比可以发现：采用本发明工艺方法比未点固所产生的角变形与挠曲变形都要小，这也说明点固对与长焊缝焊接的必要性。更具体地，比较工艺参数2和4发现，采用低功率进行点固，其角变形与挠曲变形均优于采用高功率点固；比较工艺参数2和3发现，焊缝长度较长会使角变形微小增加，而挠曲变形则增加显著；比较工艺参数1和2发现，焊缝间距较小时可以降低挠曲变形，却使角变形程度增加；比较工艺参数4和5发现，高速点固增加角变形的同时降低了挠曲变形。综合比较后发现采用工艺参数2可以最大限度地减少焊接变形。本发明一方面保证了焊接质量，另一方面减少了焊接变形。因此，提高了生产效率。

在此，T型接头的材料为铝合金，然而，本领域的技术人员应当可以理解，本发明所述的方法并不限于铝合金T型接头的焊接，也可以对其他物理化学属性类似于铝合金的其他材料的T型接头依照本方法进行焊接。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种T型接头的双激光束焊接方法，其包括以双激光束对所述T型接头的整体进行连续焊接的步骤，其特征在于，在所述连续焊接的步骤之前还包括定位焊接的步骤，在所述定位焊接的步骤中，所述双激光束在所述T型接头的两接合缝进行点固焊接至少在所述两接合缝的其中之一上形成间隔开的定位焊缝，从而用于减少所述T型接头的焊接变形。

2.根据权利要求1所述的双激光束焊接方法，其中，在所述定位焊接的步骤中，点固焊接中不填充焊丝。

3.根据权利要求1所述的双激光束焊接方法，其中，所述T型接头为蒙皮-长桁接头。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的双激光束焊接方法，其中，在定位焊接的步骤中，焊接参数设定如下：所述双激光束的激光功率为1400W～2200W，双激光束的入射角度为20°～35°，焊接速度为1.5～4.5m/min。

5.根据权利要求4所述的双激光束焊接方法，其中，所述双激光束的激光功率为1600W，双激光束的入射角度为22°，焊接速度为2m/min，焊缝长度20mm，焊缝间距200mm。

6.根据权利要求4所述的双激光束焊接方法，其中，设所述定位焊缝的长度为L，所述T型接头的长度为D，则0.03D≤L≤0.08D。

7.根据权利要求6所述的双激光束焊接方法，其中，设相邻两个所述定位焊缝之间的距离为L’，则0.10D≤L’≤0.35D。

8.根据权利要求4所述的双激光束焊接方法，其中，所述定位焊接的步骤中使用保护气，所述保护气为He或Ar，所述保护气的流量为10～20L/min。

9.根据权利要求1-3任一项所述的双激光束焊接方法，所述T型接头的材料为铝合金。

10.根据权利要求4所述的双激光束焊接方法，所述T型接头的材料为铝合金。

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