CN108372363A - 一种基于预置粉料技术的钛合金t型接头双光束焊接方法 - Google Patents

一种基于预置粉料技术的钛合金t型接头双光束焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，包括选取与待焊接T型接头化学成分相同的钛合金粉末，并与少量BaCl2、NaF2混合后，放入酒精中混合均匀，沉降后待用；将酒精混合物涂刷在待焊接T型接头两侧形成涂覆层；待酒精挥发后，对T型接头进行激光焊接。本发明使用一种激光预制粉料技术，通过将钛合金焊接粉末预先涂覆在待焊接的T型接头的连接位置处，然后再进行激光焊接的方法，大大简化了激光焊接头前端送丝装置，避免了填丝焊接的送丝稳定性以及空间位置干涉等问题，可以实现大曲率复杂空间的双光束填料焊接的功能，使双光束远程焊接成为可能。

Description

一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别是涉及一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法。
背景技术
壁板类结构件常见于航空、航天工程应用中，钛合金材料由于其优良的比强度、比刚度、耐腐蚀性和高冲击韧性等优点在薄壁类型的壁板结构中得到广泛应用，常见的如飞机、火箭等飞行器的气动蒙皮。近年来采用双光束焊接方法制造整体壁板已经在国内外有所报道，目前设计的蒙皮类壁板结构一般为双向加筋，典型的如桥洞式结构。双光束填丝焊在焊接隔框时经常在桥洞处出现送丝装置干涉问题，影响送丝的准确性。而目前报道的现有技术，例如北京工业大学杨武熊的“一种T型结构壁板双光束激光焊缝起始和结束位置处理方法”，沈阳自动化研究所徐志刚的“一种钛合金壁板与筋条T型接头双光束激光同步焊接方法”等一般均采用激光填丝焊的方式进行，即T型接头激光焊接时在激光光斑的前部添加送丝装置。这种双光束填丝焊接方法效率高，焊丝利用率高，但是该方法带来的问题是：（1）送丝装置安装在焊接头前部占据大量空间位置，在焊接大曲率、复杂空间位置，特别是腔体结构等半封闭结构时，焊丝难以到达指定位置，送丝不准确，焊缝成形质量差。（2）受制于同步送丝的限制，无法实现远程焊接，只能焊接头抵近焊接，焊接喷嘴容易烧蚀。（3）焊接时送丝量不易根据焊接面配合间隙或局部缺失情况进行精确补偿。
目前，哈尔滨工业大学的陶汪提出的“一种粉末冶金调控的双侧激光焊接方法”提出的是在蒙皮上加工出凹槽，采用特制粉料熔覆在凹槽上。采用填丝焊的方式进行焊接。其目的是为了调控焊丝成分，其焊接方式还是填丝焊，无法解决填丝焊接实施过程中送丝装置的空间位置干涉问题，远程焊接无法实施。
哈尔滨工业大学的陶汪提出的“一种3D增材的T型结构双侧激光焊接方法”直接在立筋上采用3D打印方法制造出凸台，利用凸台当做焊丝填料进行焊接。这种方法工序复杂，首先要在立筋上单独3D打印出方形凸台，然后进行焊接。其在立筋上3D打印凸台不仅费时、费力而且容易导致立筋变形。
发明内容
本发明提供了一种使用装置简单，适用于大曲率复杂空间位置焊接的一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法。
本发明提供了一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，包括
1）选取与待焊接T型接头化学成分相同的钛合金粉末，然后将钛合金粉末与少量BaCl2、NaF2混合，并将混合后的混合粉末放入酒精中混合均匀，混合物沉降在容器底部待用；
2）将酒精混合物涂刷在待焊接T型接头两侧形成涂覆层，并放置一段时间，使酒精挥发干燥；
3）待酒精挥发后，采用低能量密度的散焦光斑对涂覆层进行扫描，使得钛合金粉末表面熔化，固结在T型接头表面；
4）采用双光束大功率聚焦光斑对T型接头两侧进行同步扫描焊接。
进一步地，所述钛合金粉末的粒度小于400目。
进一步地，所述钛合金粉末、BaCl2、NaF2按照1：0.02：0.02的质量比进行混合。
进一步地，所述混合粉末与酒精按照1:3的比例混合均匀。
进一步地，所述涂覆层的厚度为0.1mm~2mm，宽度为 0.5mm~2mm。
进一步地，所述散焦光斑的直径为5mm~20mm，激光功率为1000W~5000W，扫描速度为0.5m/min~5m/min。
进一步地，所述聚焦光斑选用焦距在500mm~800mm的激光头，激光功率为3000W~10000W，扫描速度为3m/min~10m/min。
进一步地，所述扫描焊接的过程均在氩气的保护下进行。
本发明使用一种激光预制粉料技术，通过将钛合金焊接粉末预先涂覆在待焊接的T型接头的连接位置处，然后再进行激光焊接的方法，大大简化了激光焊接头前端送丝装置，避免了填丝焊接的送丝稳定性以及空间位置干涉等问题，可以实现大曲率复杂空间的双光束填料焊接的功能，使双光束远程焊接成为可能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法的涂覆层结构示意图；
图3为本发明实施例的T型接头焊接后的探伤结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，如图1所示，包括
步骤S1，选取与待焊接T型接头化学成分相同的钛合金粉末，然后将钛合金粉末与少量BaCl2、NaF2混合，并将混合后的混合粉末放入酒精中混合均匀，混合物沉降在容器底部待用。优选地，所述钛合金粉末的粒度小于400目，所述钛合金粉末、BaCl2、NaF2按照1：0.02：0.02的质量比进行混合，所述混合粉末与酒精按照1:3的比例混合均匀。
步骤S2，将酒精混合物涂刷在待焊接T型接头两侧形成涂覆层，并放置一段时间，使酒精挥发干燥。优选地，如图2所示，所述涂覆层的厚度h为0.1mm~2mm，宽度K（k1,k2）为0.5mm~2mm。
步骤S3，待酒精挥发后，采用低能量密度的散焦光斑对涂覆层进行扫描，使得钛合金粉末表面熔化，固结在T型接头表面。优选地，所述散焦光斑的直径为5mm~20mm，激光功率为1000W~5000W，扫描速度为0.5m/min~5m/min，且要求散焦扫描时散焦光斑的直径覆盖全部涂覆层的宽度。
步骤S4，采用双光束大功率聚焦光斑对T型接头两侧进行同步扫描焊接。优选地，所述聚焦光斑选用焦距在500mm~800mm的激光头，激光功率为3000W~10000W，扫描速度为3m/min~10m/min。
在本发明实施例的一个方面，所述扫描焊接的过程均在氩气的保护下进行，氩气作为惰性气体，起到焊接保护的作用。
本发明使用一种激光预制粉料技术，通过将钛合金焊接粉末预先涂覆在待焊接的T型接头的连接位置处，然后再进行激光焊接的方法，大大简化了激光焊接头前端送丝装置，避免了填丝焊接的送丝稳定性以及空间位置干涉等问题，可以实现大曲率复杂空间的双光束填料焊接的功能，使双光束远程焊接成为可能。
下面结合具体实施例对本发明做进一步介绍：
实施例一
本实施例采用2.0mm厚TC4钛合金板材作为蒙皮底板材料，采用1.5mm厚TC4钛合金板材作为立筋的母材，并将立筋装配到蒙皮上形成待焊的T型接头。
第一步，选取与母材相同化学成分的钛合金粉末TC4粉，粉末粒度500目，然后将TC4粉末、BaCl2、NaF2按照1：0.02：0.02的质量比进行混合，所得混合物与酒精按照1:3比例混合均匀，混合物沉降在容器底部待用。
第二步，将酒精混合物涂刷在T型接头两侧，如图2所示，涂层厚度h为 0.1mm，涂层宽度K（k1,k2）为 0.5mm。
第三步，待酒精挥发后，采用低能量密度的散焦光斑对涂覆层进行扫描，使得钛合金粉末表面微熔化，固结在T型工件表面。选取散焦光斑直径5mm，激光功率1000W，速度0.5m/min，整个激光扫描加热过程在氩气保护下进行。
第四步，采用大功率激光对T型接头两侧进行同步焊接，选取焦距500mm的激光头，采用3000W功率，焊接速度3m/min进行双光束激光焊接，获得焊接接头。
实施例二
本实施例采用3.0mm厚TC4钛合金板材作为蒙皮底板材料，采用2.0mm厚TC4钛合金板材作为立筋的母材，并将立筋装配到蒙皮上形成待焊的T型接头。
第一步，选取与母材相同化学成分的钛合金粉末TC4粉，粉末粒度500目，然后将TC4粉末、BaCl2、NaF2按照1：0.02：0.02的质量比进行混合，所得混合物与酒精按照1:3比例混合均匀，混合物沉降在容器底部待用。
第二步，将酒精混合物涂刷在T型接头两侧，如图2所示，涂层厚度h为 2mm，涂层宽度K（k1,k2）为 2mm。
第三步，待酒精挥发后，采用低能量密度的散焦光斑对涂覆层进行扫描，使得钛合金粉末表面微熔化，固结在T型工件表面。选取散焦光斑直径20mm，激光功率5000W，速度5m/min，整个激光扫描加热过程在氩气保护下进行。
第四步，采用大功率激光对T型接头两侧进行同步焊接，选取焦距800mm的激光头，采用10000W功率，焊接速度10m/min进行双光束激光焊接，获得焊接接头。
如图3所示，为T型接头焊接后的探伤结构图，内部结构紧实，连接充分且无裂缝。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，包括
1）选取与待焊接T型接头化学成分相同的钛合金粉末，然后将钛合金粉末与少量BaCl2、NaF2混合，并将混合后的混合粉末放入酒精中混合均匀，混合物沉降在容器底部待用；
2）将酒精混合物涂刷在待焊接T型接头两侧形成涂覆层，并放置一段时间，使酒精挥发干燥；
3）待酒精挥发后，采用低能量密度的散焦光斑对涂覆层进行扫描，使得钛合金粉末表面熔化，固结在T型接头表面；
4）采用双光束大功率聚焦光斑对T型接头两侧进行同步扫描焊接。
2.如权利要求1所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述钛合金粉末的粒度小于400目。
3.如权利要求1所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述钛合金粉末、BaCl2、NaF2按照1：0.02：0.02的质量比进行混合。
4.如权利要求1所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述混合粉末与酒精按照1:3的比例混合均匀。
5.如权利要求1所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述涂覆层的厚度为0.1mm~2mm，宽度为 0.5mm~2mm。
6.如权利要求1所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述散焦光斑的直径为5mm~20mm，激光功率为1000W~5000W，扫描速度为0.5m/min~5m/min。
7.如权利要求1所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述聚焦光斑选用焦距在500mm~800mm的激光头，激光功率为3000W~10000W，扫描速度为3m/min~10m/min。
8.如权利要求1-7中任一项所述的基于预置粉料技术的钛合金T型接头双光束焊接方法，其特征在于，所述扫描焊接的过程均在氩气的保护下进行。
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Applicant after: China Institute of Aeronautical Manufacturing Technology

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Applicant before: Beijing Aviation Manufacturing Engineering Institute of China Aviation Industry Group Company

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