CN102478041B - 一种用激光焊接的发动机紧固件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用激光焊接的发动机紧固件的制备方法，其特征在于：所述的紧固件由L型锁片与柱形锁栓构成，且L型锁片与柱形锁栓通过激光焊接进行连接，具体的制备方法为将L型锁片与柱形锁栓进行清洗；将L型锁片与柱型锁栓固定在夹具上，并在L型锁片与柱型锁栓的连接处进行点焊，且焊点的个数≥2；调节工作台，严格控制L型锁片与柱形锁栓焊缝的对接间隙为过渡配合或过盈配合，进行焊接；焊接参数为：激光功率形式为占空比30%～48%；激光功率为550W～1900W；焊接速度为0.69m/min～1m/min；激光频率为30Hz～42Hz；具有热影响区窄，针状马氏体组织细密，疲劳强度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及发动机紧固件及其连接技术，特别提供了一种用激光焊接的发动机紧固件及其制备方法。
背景技术
现有的航空发动机紧固件均采用机械紧固连接方式，如螺栓连接、锁片紧固或氩弧焊点焊等方法，采用以上的连接方式进行连接时常见的紧固件结构（如图1所示），由图1可知，这些方法存在零件重量大、结构复杂、加工工艺要求高、可靠性低，抗疲劳能力差等缺点，随着新型发动机对性能、可靠性和减重的要求提高，原有的制造发动机紧固件的方法已经难以满足使用性需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用激光焊接的发动机紧固件及其制备方法，以解决紧固件的重量大、结构复杂、加工工艺要求高、可靠性差、抗疲劳能力差等问题。
本发明提供了一种用激光焊接的发动机紧固件，其特征在于：所述的紧固件由L型锁片1与柱形锁栓2构成，且L型锁片1与柱形锁栓2通过激光焊接进行连接，其结构如图2所示，其中L型锁片1与柱形锁栓2的材料为钛合金和高温合金，优选TC4和GH4169。
由图1和图2可以看出，用激光焊接的发动机紧固件简化了组合件结构，减少了紧固件的重量和所需的零件个数。
本发明提供一种用激光焊接的发动机紧固件的制备方法，其特征在于：具体的制备步骤如下，
——将L型锁片1与柱形锁栓2进行清洗；
——将L型锁片1与柱型锁栓2固定在夹具上，并在L型锁片1与柱型锁栓2的连接处进行点焊，且焊点的个数≥2；
——调节工作台，严格控制L型锁片1与柱形锁栓2焊缝的对接间隙为过渡配合或过盈配合，但最大间隙应不大于0.05mm，然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 占空比30%～48%； 激光功率 550W～1900W；
焊接速度 0.69m/min～1m/min； 激光频率 30Hz～42Hz；
其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，二者对应的体积比为5～7：2～4，同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为13L/min～29L/min；在保护气体的保护下进行激光焊接能够有效地防止焊接过程中等离子体的产生，提高焊接的质量。
本发明中激光功率形式为占空比30%～48%，在整个焊接过程中，我们采用的是脉冲式焊接方式，采用这种焊接方式的目的有两个，一方面可以获得较高的峰值功率，减少热输入；另一方面是在焊接过程中可以减少等离子体云的产生，对激光焊接有利。激光功率为550W～1900W，在试验过程中，我们采用杯突试验法，通过力学性能试验获得激光功率范围，功率过小，对材料不会产生影响，过大会对材料产生过烧现象，组织长大，对零件材料性能不利，总之确定恰当的功率范围是激光焊接的前提条件；焊接速度为0.69m/min～1m/min，这样可以获得合适的功率密度和线能量输入，而且有利于整个焊缝组织的形貌和外观成形，在焊缝中产生网篮状、多向性的针状马氏体组织，对材料疲劳强度的提高有利；激光频率为30Hz～42Hz，是典型的环焊缝形式，配合间隙严格控制，保持过渡配合或过盈配合（最大间隙应不大于0.05mm），这样有利于焊缝的成型，防止产生凹陷等缺陷；同轴主吹保护气为0.1MPa，保持一定的压力水平会对焊缝产生一定保护，但同轴主吹气流量不能太大，如果超出一定的流量范围，会产生紊流现象，这样会把大气中的氧气带入焊缝中，对焊缝成型有一定的影响；同轴侧吹保护气为13L/min～29L/min，采取这种措施主要的目的是为了抑制激光焊接过程中等离子体的产生，吹散等离子体，是焊接过程保持更加稳定效果。
使用本发明提供的激光焊接方法制得的发动机紧固件具有以下的优点：
1、激光焊缝组织细密，热影响区窄；
2、激光焊缝的疲劳强度高，是氩弧焊焊缝疲劳强度的1.7倍，是电子束的1.36倍，这对承受交变动载荷的航空紧固件非常重要；
3、激光焊缝焊后的针状马氏体组织细密，体现出明显的多向性。
附图说明
图1为改进前紧固件结构的剖视图；
图2为本发明中紧固件结构的剖视图。
具体实施方式
实施例1
零件的结构如2所示，由L型锁片1与柱形锁栓2构成，且L型锁片1与柱形锁栓2通过激光焊接进行连接，且L型锁片1和柱形锁栓2的材料为TC4，L型锁片1的厚度为0.8～1.5mm，具体的焊接构成如下所述：
——将L型锁片1与柱形锁栓2进行清洗；
——将L型锁片1与柱型锁栓2固定在夹具上，并在L型锁片1与柱型锁栓2的连接处进行点焊，且焊点的个数为2个；
——调节工作台，严格控制L型锁片1与柱形锁栓2焊缝的对接间隙为过渡配合或过盈配合（最大间隙应不大于0.05mm），然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 占空比33%～46%； 激光功率 600W～900W；
焊接速度 0.6m/min～1m/min； 激光频率 32Hz～42Hz；其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，二者对应的体积比为7：3，同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为13L/min。
性能测试
焊缝内部质量按HB/Z60-96二级焊缝标准检查：施加10Nm扭矩试验；施加100N轴向拉脱试验，无任何损伤、裂纹、残余变形。
焊缝性能数据：
TC4激光焊缝σb=858MPa，σb（400℃）=685MPa。
实施例2
零件的结构如2所示，由L型锁片1与柱形锁栓2构成，且L型锁片1与柱形锁栓2通过激光焊接进行连接，且L型锁片1和柱形锁栓2的材料为TC4，L型锁片1的厚度为3.0mm，具体的焊接构成如下所述：
——将L型锁片1与柱形锁栓2进行清洗；
——将L型锁片1与柱型锁栓2固定在夹具上，并在L型锁片1与柱型锁栓2的连接处进行点焊，且焊点的个数为8个；
——调节工作台，严格控制L型锁片1与柱形锁栓2焊缝的对接间隙为保持过渡配合或过盈配合（最大间隙应不大于0.05mm），然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 占空比44%～48%； 激光功率 1750W～1900W；
焊接速度 0.7m/min～1m/min； 激光频率 30Hz～40Hz；
其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，二者对应的体积比为7：3，同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为13L/min。
性能测试
焊缝内部质量按HB/Z60-96二级焊缝标准检查：施加10Nm扭矩试验；施加100N轴向拉脱试验，无任何损伤、裂纹、残余变形。
焊缝性能数据：
TC4激光焊缝σb=858MPa，σb（400℃）=685MPa。
实施例3
零件的结构如2所示，由L型锁片1与柱形锁栓2构成，且L型锁片1与柱形锁栓2通过激光焊接进行连接，且L型锁片1和柱形锁栓2的材料为GH4169，L型锁片1的厚度为0.5mm，具体的焊接构成如下所述：
——将L型锁片1与柱形锁栓2进行清洗；
——将L型锁片1与柱型锁栓2固定在夹具上，并在L型锁片1与柱型锁栓2的连接处进行点焊，且焊点的个数为8个；
——调节工作台，严格控制L型锁片1与柱形锁栓2焊缝的对接间隙为过渡配合或过盈配合（最大间隙应不大于0.05mm），然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 占空比30%～35%； 激光功率 550W～650W；
焊接速度 0.8m/min～1m/min； 激光频率 30Hz～38Hz；
其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，二者对应的体积比为7：3，同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为13L/min。
性能测试
焊缝内部质量按HB/Z60-96二级焊缝标准检查：施加10Nm扭矩试验；施加100N轴向拉脱试验，无任何损伤、裂纹、残余变形。
焊缝性能数据：
GH4169激光焊缝σb=1400MPa，σb（650℃）=1043MPa。
实施例4
零件的结构如2所示，由L型锁片1与柱形锁栓2构成，且L型锁片1与柱形锁栓2通过激光焊接进行连接，且L型锁片1和柱形锁栓2的材料为GH4169，L型锁片1的厚度为1.7mm，具体的焊接构成如下所述：
——将L型锁片1与柱形锁栓2进行清洗；
——将L型锁片1与柱型锁栓2固定在夹具上，并在L型锁片1与柱型锁栓2的连接处进行点焊，且焊点的个数为8个；
——调节工作台，严格控制L型锁片1与柱形锁栓2焊缝的对接间隙为保持过渡配合或过盈配合（最大间隙应不大于0.05mm），然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 连续； 激光功率 1300W～1450W；
焊接速度 0.6m/min～1m/min；
其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，二者对应的体积比为7：3，同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为25L/min～29L/min。
性能测试
焊缝内部质量按HB/Z60-96二级焊缝标准检查：施加10Nm扭矩试验；施加100N轴向拉脱试验，无任何损伤、裂纹、残余变形。
焊缝性能数据：
GH4169激光焊缝σb=1400MPa，σb（650℃）=1043MPa。
实施例5
零件的结构如2所示，由L型锁片1与柱形锁栓2构成，且L型锁片1与柱形锁栓2通过激光焊接进行连接，且L型锁片1和柱形锁栓2的材料为GH4169，L型锁片1的厚度为3.5mm，具体的焊接构成如下所述：
——将 L型锁片1与柱形锁栓2进行清洗；
——将L型锁片1与柱型锁栓2固定在夹具上，并在L型锁片1与柱型锁栓2的连接处进行点焊，且焊点的个数为8个；
——调节工作台，严格控制L型锁片1与柱形锁栓2焊缝的对接间隙为L型锁片1厚度的保持过渡配合或过盈配合（最大间隙应不大于0.05mm），然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 连续； 激光功率 1600W～1800W；
焊接速度 0.6m/min～1m/min；
其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，二者对应的体积比为7：3，同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为25L/min～29L/min。
性能测试
焊缝内部质量按HB/Z60-96二级焊缝标准检查：施加10Nm扭矩试验；施加100N轴向拉脱试验，无任何损伤、裂纹、残余变形。
焊缝性能数据：
GH4169激光焊缝σb=1400MPa，σb（650℃）=1043MPa。
Claims (2)
1.一种用激光焊接的发动机紧固件的制备方法，其特征在于：所述的紧固件由L型锁片（1）与柱形锁栓（2）构成，且L型锁片（1）与柱形锁栓（2）通过激光焊接进行连接，具体的制备步骤如下，
——将L型锁片（1）与柱形锁栓（2）进行清洗；
——将L型锁片（1）与柱型锁栓（2）固定在夹具上，并在L型锁片（1）与柱型锁栓（2）的连接处进行点焊，且焊点的个数≥2；
——调节工作台，严格控制L型锁片（1）与柱形锁栓（2）焊缝的对接间隙为过渡配合或过盈配合，但最大间隙应不大于0.05mm，然后进行焊接；其中焊接参数为：
激光功率形式 占空比30%～48%； 激光功率 550W～1900W；
焊接速度 0.69m/min～1m/min； 激光频率 30Hz～42Hz；
其中，以上所有的焊接过程中均采用同轴主吹与同轴侧吹混合保护气体的形式进行焊接保护，且同轴主吹保护气压强为0.1Mpa，同轴侧吹保护气的速度为13L/min～29L/min。
2.按照权利要求1所述用激光焊接的发动机紧固件的制备方法，其特征在于：所述的保护气体为氩气与氦气的混合气体，且二者对应的体积比为5～7：2～4。
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