CN108015420B - 一种机匣狭小空间的激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种机匣狭小空间的激光焊接方法，包括以下步骤；焊接前对零件接头断面及接头两侧区域去油处理；装配支板，外机匣和内环前段，将内环前段与固定支板定位，保证配合间隙≤0.1mm；采用机器人光纤激光焊设备，在焊缝正面进行惰性气体保护；控制相应焊接参数进行激光焊接；焊接完成后，对支板和内环前段焊缝进行检查，确定焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头表面无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，并进行X光棒阳极着色检查，未发现焊接缺陷。采用本申请的激光焊接方法使焊接热输入量和焊缝成形质量得到有效控制，降低焊接变形，并大幅提高焊接质量和稳定性，最终降低进气机匣焊接变形以及试车、大修裂纹问题。

Description

一种机匣狭小空间的激光焊接方法
技术领域：
本发明属于航空发动机制造技术领域，具体涉及一种机匣狭小空间的激光焊接方法。
背景技术：
现有某机匣内环与固定支板、集气罩与外壳体采用氩弧焊接工艺，焊后变形严重，裂纹故障频发，进气机匣径向最大焊接变形达到2.94mm，300小时大修故障率达到88％，固定支板直线度超过1mm；集气罩与外环壳体，内环与固定支板裂纹大修故障。并且加入棒阳极检验方法，发现内环与固定支板氩弧焊缝均存在未焊透问题，这也是裂纹故障率高的主要原因，当前的氩弧焊工艺受限于电弧挺度和熔深，无法从根本上解决未焊透问题。同时，氩弧焊工艺焊接热输入量大导致焊接变形严重等问题。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种机匣狭小空间的激光焊接方法，使焊接热输入量和焊缝成形质量得到有效控制，降低焊接变形，并大幅提高焊接质量和稳定性，最终降低进气机匣焊接变形以及试车、大修裂纹问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种机匣狭小空间的激光焊接方法，包括以下步骤：
步骤1，焊前准备：
焊接前，对零件接头断面及接头两侧8～12mm区域，进行油污去除处理；
所述的步骤1中，用丙酮进行油污去除处理。
步骤2，装配定位焊：
在焊接工装上装配好固定支板，外机匣和内环前段，采用氩弧焊将内环前段与固定支板定位，保证配合间隙≤0.1mm；
步骤3，激光焊接：
(1)采用机器人光纤激光焊设备，激光头焦距在300mm以上，并在焊缝正面进行惰性气体保护，其中，所述的机器人光纤激光焊设备带有振镜式激光摆动焊接头；
所述的步骤3(1)中，采用焦距在300mm以上的激光焊设备目的在于：(1)保证激光可达性，使焊缝末端达到待焊面最底部；(2)保证激光头与送气嘴不与固定支板发生接触或碰撞。
所述的步骤3(1)中，所述的惰性气体为氩气，保护方式为：由送气嘴侧向送气，气体给进位置在光斑后方，以获得最佳保护效果。
(2)对机匣的固定支板与内环前段进行激光焊接，焊接参数为：焊接速度为2.7～3.3m/min，激光器功率3.0～3.5KW，激光焦点直径为0.50mm，离焦量0～-5mm；
所述的步骤3(2)中，焊接顺序为：从固定支板后缘位置起焊，在前缘收弧，固定支板一侧焊缝焊完后，焊接另一侧焊缝。
所述的步骤3(2)中，机匣材料为TC4，厚度为1.0～1.5mm。
步骤4，焊缝检查：
激光焊接完成后，对固定支板和内环前段的焊缝进行检查，确定焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头表面无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，并进行X光棒阳极着色检查，未发现焊接缺陷。
本发明的钛合金机匣具有良好的焊接性能，但钛合金在高温下，特别是在熔融状态下对气体(O2、N2和H2)有很大的活性，极易氧化和氮化，对于狭小空间钛合金焊接保护更为困难。为了比较不同保护方式的保护效果，本申请设计了单管束流旁轴保护、多束流阶梯式旁轴保护和大截面同轴保护三种不同保护方式的激光焊接。试验过程中发现，对于本申请的小空间大角度倾斜焊接，单管束流旁轴保护适应性更好，所以本申请采用单管束流旁轴保护的方式焊接效果更佳。
本发明的有益效果：
(1)现有技术中，待焊面与相邻固定支板之间最短距离小于40mm，而待焊面与根部为15mm，因此激光头在竖直方向上的移动范围受到极大的限制，无法深入焊缝末端进行焊接。所以，本申请采用长焦距(300mm)大角度倾斜焊接，并配有振镜式激光摆动焊接头来增加焊缝熔宽；
(2)本申请的机匣狭小空间的激光焊接方法应用激光焊解决进气机匣焊接变形以及试车、大修裂纹问题，采用激光焊内环与固定支板工艺改进，其焊接热输入量和焊缝成形质量得到有效控制，有降低焊接变形问题，并能够大幅提高焊接质量和稳定性，实现进气机匣组件的长寿命；
(3)本申请的机匣狭小空间的激光焊接方法采用匹配的激光焊接工艺参数(激光功率、离焦量、焊接速度、焊接入射角度等)，可以得到较好熔宽、无正面下塌等缺陷、成形良好的焊缝；
(4)本申请的机匣狭小空间的激光焊接方法可解决某机匣组件焊接质量以及大幅度实现焊接自动化提高生产效率，降低大修发动机换件率，以年换件率计算可节省制造费用达850万元，对于其他在研型号，可减少研制周期和费用投入，整个研制到设计定型周期内节省研制费用可达到千万以上。
附图说明：
图1为本申请的机匣狭小空间的激光焊接固定支板与内环前段焊接位置示意图，其中52-固定支板与内环前段焊接位置；
图2为本申请的机匣三维模型示意图；
图3为本申请的激光焊接与气体保护状态示意图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种机匣狭小空间的激光焊接方法，该机匣的三维模型示意图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，焊前准备：
焊接前，对零件接头断面及接头两侧8～12mm区域，用丙酮进行油污去除处理；
步骤2，装配定位焊：
在焊接工装上装配好固定支板，外机匣和内环前段，采用氩弧焊将内环前段与固定支板定位，保证配合间隙≤0.1mm；
步骤3，激光焊接：
(1)采用带有振镜式激光摆动焊接头的机器人光纤激光焊设备，激光头焦距在300mm以上，保证激光可达性，使焊缝末端达到待焊面最底部，并使激光头与送气嘴不与固定支板发生接触或碰撞；在焊缝正面进行氩气保护，氩气气体流量为12L/min，保护方式为：由送气嘴侧向送气，气体给进位置在光斑后方，以获得最佳保护效果；
(2)对机匣的固定支板与内环前段进行激光焊接，焊接位置如图1所示，其中，52为焊接位置，机匣材料为TC4，厚度为1.0mm，焊接参数为：焊接速度为2.7m/min，激光器功率3.0KW，激光焦点直径为0.50mm，离焦量0mm，激光倾斜角度为65°；从固定支板后缘位置起焊，在前缘收弧，固定支板一侧焊缝焊完后，焊接另一侧焊缝，激光焊接与气体保护状态示意图如图3所示；
步骤4，焊缝检查：
激光焊接完成后，对固定支板和内环前段的焊缝进行检查，确定焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头表面无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，并进行X光棒阳极着色检查，未发现焊接缺陷。
实施例2
一种机匣狭小空间的激光焊接方法，该机匣的三维模型示意图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，焊前准备：
焊接前，对零件接头断面及接头两侧8～12mm区域，用丙酮进行油污去除处理；
步骤2，装配定位焊：
在焊接工装上装配好固定支板，外机匣和内环前段，采用氩弧焊将内环前段与固定支板定位，保证配合间隙≤0.1mm；
步骤3，激光焊接：
(1)采用带有振镜式激光摆动焊接头的机器人光纤激光焊设备，激光头焦距在300mm以上，保证激光可达性，使焊缝末端达到待焊面最底部，并使激光头与送气嘴不与固定支板发生接触或碰撞；在焊缝正面进行氩气保护，氩气气体流量为15L/min，保护方式为：由送气嘴侧向送气，气体给进位置在光斑后方，以获得最佳保护效果；
(2)对机匣的固定支板与内环前段进行激光焊接，焊接位置如图1所示，其中，52为焊接位置，机匣材料为TC4，厚度为1.2mm，焊接参数为：焊接速度为3m/min，激光器功率3.2KW，激光焦点直径为0.50mm，离焦量-3mm，激光倾斜角度为65°；从固定支板后缘位置起焊，在前缘收弧，固定支板一侧焊缝焊完后，焊接另一侧焊缝，激光焊接与气体保护状态示意图如图3所示；
步骤4，焊缝检查：
激光焊接完成后，对固定支板和内环前段的焊缝进行检查，确定焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头表面无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，并进行X光棒阳极着色检查，未发现焊接缺陷。
实施例3
一种机匣狭小空间的激光焊接方法，该机匣的三维模型示意图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，焊前准备：
焊接前，对零件接头断面及接头两侧8～12mm区域，用丙酮进行油污去除处理；
步骤2，装配定位焊：
在焊接工装上装配好固定支板，外机匣和内环前段，采用氩弧焊将内环前段与固定支板定位，保证配合间隙≤0.1mm；
步骤3，激光焊接：
(1)采用带有振镜式激光摆动焊接头的机器人光纤激光焊设备，激光头焦距在300mm以上，保证激光可达性，使焊缝末端达到待焊面最底部，并使激光头与送气嘴不与固定支板发生接触或碰撞；在焊缝正面进行氩气保护，氩气气体流量为16L/min，保护方式为：由送气嘴侧向送气，气体给进位置在光斑后方，以获得最佳保护效果；
(2)对机匣的固定支板与内环前段进行激光焊接，焊接位置如图1所示，其中，52为焊接位置，机匣材料为TC4，厚度为1.5mm，焊接参数为：焊接速度为3.3m/min，激光器功率3.5KW，激光焦点直径为0.50mm，离焦量-5mm，激光倾斜角度为65°；从固定支板后缘位置起焊，在前缘收弧，固定支板一侧焊缝焊完后，焊接另一侧焊缝，激光焊接与气体保护状态示意图如图3所示；
步骤4，焊缝检查：
激光焊接完成后，对固定支板和内环前段的焊缝进行检查，确定焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头表面无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，并进行X光棒阳极着色检查，未发现焊接缺陷。
以上实施例1～3中的激光焊接参数取值如下表1所示：
表1实施例1～3激光焊接参数
Figure BDA0001491248170000051

Claims (2)

1.一种机匣狭小空间的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，焊前准备：
焊接前，对零件接头断面及接头两侧8~12mm区域，进行油污去除处理；
步骤2，装配定位焊：
在焊接工装上装配好固定支板，外机匣和内环前段，采用氩弧焊将内环前段与固定支板定位，保证配合间隙≤0.1mm；
步骤3，激光焊接：
(1)采用机器人光纤激光焊设备，激光头焦距在300mm以上，并在焊缝正面进行惰性气体保护，其中，所述的机器人光纤激光焊设备带有振镜式激光摆动焊接头，所述的惰性气体为氩气，保护方式为：由送气嘴侧向送气，气体给进位置在光斑后方，以获得最佳保护效果；
(2)对机匣的固定支板与内环前段进行激光焊接，焊接顺序为：从固定支板后缘位置起焊，在前缘收弧，固定支板一侧焊缝焊完后，焊接另一侧焊缝，焊接参数为：焊接速度为2.7~3.3m/min，激光器功率3.0~3.5KW，激光倾斜角度为65゜，激光焦点直径为0.50mm，离焦量0~-5mm，机匣材料为TC4，厚度为1.0~1.5mm；
步骤4，焊缝检查：
激光焊接完成后，对固定支板和内环前段的焊缝进行检查，确定焊缝外观与母材圆滑过渡，焊接接头表面无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，并进行X光棒阳极着色检查，未发现焊接缺陷。
2.根据权利要求1所述的机匣狭小空间的激光焊接方法，其特征在于，所述的步骤3(1)中，采用焦距在300mm以上的激光焊设备目的在于：(1)保证激光可达性，使焊缝末端达到待焊面最底部；(2)保证激光头与送气嘴不与固定支板发生接触或碰撞。
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