CN109352177B - 一种激光焊接t型接头角变形控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种激光焊接T型接头角变形控制方法，所述方法包括：向T型接头的待焊接区域发射两束激光，所述两束激光位于所述T型接头的同一侧；其中，所述两束激光中的其中一束激光作用于T型接头的筋条上，另一束激光作用于T型接头的筋条与底板之间的焊缝上；在所述作用于焊缝上的另一束激光的所在平面内放置焊丝；所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处形成熔池。本发明还提出了一种激光焊接T型接头角变形控制系统。本发明保证在T型接头筋条全熔透的前提下，减少激光焊接过程中T型接头底板的焊接热输入，从而调控T型接头底板因收缩导致的角变形。

Description

一种激光焊接T型接头角变形控制方法及系统
技术领域
本申请涉及激光制造领域，尤其涉及一种激光焊接T型接头角变形控制方法及系统。
背景技术
铝合金、钛合金因具有高比强度、高比刚度及良好的焊接性等优点而广泛应用于航空、航天等领域。随着新型轻质合金在武器装备结构中应用需求增多，如何提高材料利用率，降低制造成本引起了广泛关注。激光焊接具有能量密度高、热输入小、单道熔深大、焊接速度高、非接触且无需真空等特点，比常规熔化焊接方法变形小，有利于产品结构紧凑化设计，结构重量和生产成本减少，特别适合新材料以及大型复杂结构制造，在汽车、造船、航空航天、核工业等制造领域的应用日益增多。其中，铝合金、钛合金薄板激光焊接T型结构与铆接T型结构相比，具有重量轻、刚度大、材料利用率高等优点，可应用于飞机、高铁、舰船等带筋壁板结构零件。然而，薄板激光焊接T型结构焊接角变形影响带筋壁板零件轮廓精度，成为制约其推广应用的技术问题之一。
针对钛合金、铝合金薄板激光焊接T型接头角变形问题，结合目前研究结果，调控铝合金、钛合金薄板激光焊接T型接头角变形的工艺方法主要包括两种：一种考虑角变形形成是由于T型接头底板焊接焊缝冷却收缩，设计专门工装模具对T型接头底板进行压紧或真空吸附，通过增加拘束控制T型焊缝冷却过程中底板收缩量，从而改善T型接头角变形。然而，由于焊接变形具有滞后效应，因此拆下工装后T型接头仍然会有角变形，另外由于工装模具具有压紧或吸附功能，结构复杂，工装成本较高。另一种控制T型接头角变形方法是焊后矫形：对于铝合金零件，多采用喷丸、时效、整体热处理等方法，工艺较为复杂，成本较高，且矫形效果不明显。
发明内容
为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种激光焊接T型接头角变形控制及系统。
本发明实施例第一方面提供了一种激光焊接T型接头角变形控制方法，所述方法包括：
向T型接头的待焊接区域发射两束激光，所述两束激光位于所述T型接头的同一侧；其中，所述两束激光中的其中一束激光作用于T型接头的筋条上，另一束激光作用于T型接头的筋条与底板之间的焊缝上；
在所述作用于焊缝上的另一束激光的所在平面内放置焊丝；
所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处形成熔池。
优选地，所述两束激光为平行光束，且所述两束激光所在平面垂直于待焊接区域中焊缝的长度方向。
优选地，所述两束激光与T型接头的底板之间存在夹角。
优选地，所述焊丝与所述两束激光之间存在夹角。
优选地，所述焊丝与作用于焊缝上的另一束激光之间存在夹角，且所述焊丝作用于焊缝上的位置与另一束激光作用于焊缝上的位置之间存在间距。
优选地，所述熔池由所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处分别形成的小孔组成。
优选地，在所述T型接头的两侧的待焊接区域处均形成有所述熔池。
优选地，所述焊丝牌号与T型接头的材质相匹配。
优选地，所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处形成熔池的过程中采用焊接保护气进行焊接保护。
本发明实施例第二方面提供了一种激光焊接T型接头角变形控制系统，所述系统包括激光器和焊接头；
所述激光器，用于生成激光，并将所述激光发送至焊接头；
所述焊接头，用于将激光器发送的激光进行分光，分成两束激光，并将所述两束激光发射至T型接头的待焊接区域，以使所述两束激光通过焊丝在待焊接区域处形成熔池。
本发明的有益效果如下：本发明通过分析铝合金、钛合金薄板激光焊接T型接头角变形产生的根本原因，并结合激光焊接T型接头工艺要求，通过采用双光点激光填丝焊接方法调控激光能量在T型接头焊缝上的几何分布，保证在T型接头筋条全熔透的前提下，减少激光焊接过程中T型接头底板的焊接热输入，从而调控T型接头底板因收缩导致的角变形。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的激光焊接T型接头角变形控制方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的激光焊接T型接头的焊接示意图；
图3为本发明实施例所述的激光与焊丝的相对位置关系示意图；
图4为本发明实施例所述的两束激光作用于T型接头位置的示意图；
图5为本发明实施例所述的两束激光在T型接头的待焊接区域形成小孔的示意图；
图6为本发明实施例所述的两束激光在T型接头的待焊接区域形成熔池的示意图；
图7为本发明实施例所述的T型接头两侧都进行焊接后所形成的熔池的示意图；
图8为单光点激光填丝焊接形成熔池的示意图；
图9为本发明实施例所述的激光焊接T型接头角变形控制系统的原理示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提出一种激光焊接T型接头角变形控制方法，所述方法包括：
S101、向T型接头的待焊接区域发射两束激光，所述两束激光位于所述T型接头的同一侧；其中，所述两束激光中的其中一束激光作用于T型接头的筋条上，另一束激光作用于T型接头的筋条与底板之间的焊缝上；
S102、在所述作用于焊缝上的另一束激光的所在平面内放置焊丝；
S103、所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处形成熔池。
具体的，本实施例首先采用大功率的Nd.YAG或光纤激光器作为激光的发射源，激光器发射出的激光经过具有分光功能的双光点焊接头进行分光产生两束激光。如图2所示，T型接头筋条的两侧均有两束激光，可以同时进行焊接，也可以依次进行焊接。两束激光分别作用于待焊接区域进行焊接操作。在焊接过程中，焊丝始终保持与两束激光位于同一侧。当两束激光通过焊丝对待焊接区域进行焊接时会在待焊接区域形成熔池，从而完成焊接操作。
在焊接过程中，两束激光是相互平行的，并且两束激光所在平面垂直于待焊接区域中焊缝的长度方向。为了更为充分的焊接，两束激光与T型接头的底板以及焊丝之间均存在夹角，如图3所示。两束激光与焊丝的夹角控制在50°至70°；与底板之间的夹角控制在20°至35°；两束激光之间的距离为0.3mm-1.0mm。如图4所示，其中两束激光中的一束激光作用于T型接头的筋条上，另一束激光作用于T型接头的筋条与底板之间的焊缝上。焊丝就放置在所述作用于焊缝上的另一束激光的所在平面内，同时，所述焊丝与作用于焊缝上的另一束激光之间存在夹角，且焊丝作用于焊缝上的位置与另一束激光作用于焊缝上的位置之间存在间距。两束激光作用在T型接头的作用点的垂直距离为0.5mm-1.2mm；两束激光的能量比控制在0.4至0.6之间；激光器发射出的激光功率为3.5KW-4.0KW；焊接速度为6m/min-10m/min；送丝速度为4m/min-6m/min。
两束激光由于作用于T型接头的不同点上，因此，每一束激光都能够形成熔池小孔，如图5所示。两个熔池小孔合并为熔池，如图6所示。T型接头两侧都进行焊接后所形成的熔池如图7所示。通过与图8所示的单光点激光填丝焊接熔深相比较而言，本实施例所提出的双光点激光填丝焊接T型接头底板熔深更小，从而有效的降低激光焊接T型接头底板角形变量。
实施例2
如图9所示，本实施例提出了一种激光焊接T型接头角变形控制系统，所述系统包括激光器和焊接头；
所述激光器，用于生成激光，并将所述激光发送至焊接头；
所述焊接头，用于将激光器发送的激光进行分光，分成两束激光，并将所述两束激光发射至T型接头的待焊接区域，以使所述两束激光通过焊丝在待焊接区域处形成熔池。
具体的，本实施例首先采用大功率的Nd.YAG或光纤激光器作为激光的发射源，激光器发射出的激光经过具有分光功能的双光点焊接头进行分光产生两束激光。T型接头筋条的两侧均有两束激光，可以同时进行焊接，也可以依次进行焊接。两束激光分别作用于待焊接区域进行焊接操作。在焊接过程中，焊丝始终保持与两束激光位于同一侧。当两束激光通过焊丝对待焊接区域进行焊接时会在待焊接区域形成熔池，从而完成焊接操作。
在焊接过程中，两束激光是相互平行的，并且两束激光所在平面垂直于待焊接区域中焊缝的长度方向。为了更为充分的焊接，两束激光与T型接头的底板以及焊丝之间均存在夹角，两束激光与焊丝的夹角控制在50°至70°；与底板之间的夹角控制在20°至35°；两束激光之间的距离为0.3mm-1.0mm。其中两束激光中的一束激光作用于T型接头的筋条上，另一束激光作用于T型接头的筋条与底板之间的焊缝上。焊丝就放置在所述作用于焊缝上的另一束激光的所在平面内，同时，所述焊丝与作用于焊缝上的另一束激光之间存在夹角，且焊丝作用于焊缝上的位置与另一束激光作用于焊缝上的位置之间存在间距。两束激光作用在T型接头的作用点的垂直距离为0.5mm-1.2mm；两束激光的能量比控制在0.4至0.6之间；激光器发射出的激光功率为3.5KW-4.0KW；焊接速度为6m/min-10m/min；送丝速度为4m/min-6m/min。
两束激光由于作用于T型接头的不同点上，因此，每一束激光都能够形成熔池小孔，两个熔池小孔合并为熔池。本实施例所提出的双光点激光填丝焊接T型接头底板熔深比单光点激光填丝焊接熔深更小，从而有效的降低激光焊接T型接头底板角形变量。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种激光焊接T型接头角变形控制方法，其特征在于，所述方法包括：
向T型接头的待焊接区域发射两束激光，所述两束激光位于所述T型接头的同一侧；其中，所述两束激光中的其中一束激光作用于T型接头的筋条上，另一束激光作用于T型接头的筋条与底板之间的焊缝上；
在所述作用于焊缝上的另一束激光的所在平面内放置焊丝；
所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处形成熔池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两束激光为平行光束，且所述两束激光所在平面垂直于待焊接区域中焊缝的长度方向。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述两束激光与T型接头的底板之间存在夹角。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述焊丝与所述两束激光之间存在夹角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊丝与作用于焊缝上的另一束激光之间存在夹角，且所述焊丝作用于焊缝上的位置与另一束激光作用于焊缝上的位置之间存在间距。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔池由所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处分别形成的小孔组成。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，在所述T型接头的两侧的待焊接区域处均形成有所述熔池。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊丝牌号与T型接头的材质相匹配。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两束激光通过所述焊丝在待焊接区域处形成熔池的过程中采用焊接保护气进行焊接保护。
10.一种使用权利要求1所述方法的激光焊接T型接头角变形控制系统，其特征在于，所述系统包括激光器和焊接头；
所述激光器，用于生成激光，并将所述激光发送至焊接头；
所述焊接头，用于将激光器发送的激光进行分光，分成两束激光，并将所述两束激光发射至T型接头的待焊接区域，以使所述两束激光通过焊丝在待焊接区域处形成熔池。
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