CN111822860A - 一种用于精确控制t型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法 - Google Patents

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占小红
陈丹
王磊磊
康悦
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Abstract

本发明公开了一种用于精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，针对目前航空航天领域中双激光束双侧同步焊接T型结构焊件的焊后变形、焊后残余应力大等问题，提出了利用电磁锤击矫形T型结构件的方法，通过利用有限元软件构建T型接头焊接过程中的热力学模型，获取电磁锤击力和锤击频率数据，然后通过改变电磁线圈的通电状态在随焊过程中精确控制T型结构焊件的形变，从而最大限度地矫正双激光束双侧同步焊接过程中工件的变形。本发明不仅能大幅度降低焊后形变量和焊接残余应力，保证工件的焊接质量，而且该方法在焊接实施过程中无需额外工序和工时，提高了双激光束双侧同步焊接T型结构的生产效率。

Description

一种用于精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的 方法
技术领域
本发明涉及T型接头的激光焊接技术领域，尤其涉及一种精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法。
背景技术
在众多焊接工艺和方法中，双激光束双侧同步焊接能够在不破坏机身蒙皮完整性的前提下，便于实现机身减重和自动化低成本生产制造，在飞机制造业中具有广阔的发展和应用前景。但是铝锂合金在焊接过程中，容易出现焊后残余应力、塑性形变、焊接裂纹严重等焊接缺陷，进而影响焊接构件的整体寿命。现有的控制焊后变形的方法有焊后热处理、焊后锤击等，焊后热处理受到构件尺寸和热处理设备的限制，很难实现大型航空航天构件的变形控制要求。
现有的焊接变形随焊控制工艺有随焊锤击、随焊碾压、随焊激冷法等，其中随焊碾压法由于碾压轮的施力作用部位离熔池的距离相对于随焊锤击法远，因此其作用效果较随焊锤击法弱，而随焊激冷法往往会受到焊件尺寸和散热条件的限制。随焊锤击法的实现方式有手动方式、气动方式和电动方式。电磁锤击法作为电动方式的一种，通过电磁作用产生振动来达到锤击焊件的效果，该方式能够精确控制锤击的频率和作用力，是控制焊接残余应力的有效手段之一。
然而虽然电磁锤击法在多种焊接工艺中已有成功应用，但是目前随焊锤击法消除焊接残余应力并控制焊件变形的方法基本只应用于平板对焊，T型接头的双激光束同步焊接由于其特殊的焊接工艺特点和接头结构，使用该方法精确控制焊接构件的变形问题存在一定困难。
发明内容
针对目前双激光束双侧同步T型结构焊后变形的问题，尤其是铝合金的T型接头，本发明提出一种利用电磁锤击矫形的方法，该方法能够在随焊过程中精确控制焊接工件的变形，成本较低，便于自动化生产，且其控制焊后变形效果显著。
根据本发明提供的一种用于精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、首先利用有限元分析软件MSC.Marc建立热力学模型，分析焊接结构件的焊接应力和焊后变形，并确定焊接工件在不同位置的残余应力和焊后形变量等相关数据；
步骤二、将由模拟所得的数据输入电磁锤的控制装置中，利用电磁效应控制电磁锤在随焊锤击过程中的锤击频率和锤击力大小；
步骤三、将待焊工件装夹在焊接工作台上，利用双臂焊接机器人夹持左、右两侧的激光器，同时利用可调节连接支架将两个电磁锤分别固定夹持于左、右两侧的机械臂上；
步骤四、给定焊接参数和随焊电磁锤击参数，在正式焊接前采用双激光束点焊固定工件位置并减小焊后变形，随后启动电磁锤击设备，进行双激光束双侧同步T型结构焊接；
步骤五、焊接结束后，先关闭焊接热源，再延时关闭电磁锤击设备。
其中，为了确定随焊锤击过程中锤击频率和锤击力大小，需要在获取残余应力与焊后变形的同时，通过在T型接头的焊缝两侧施加锤击力并调节其参数直至工件的焊后变形最小，获取最佳锤击频率和锤击力大小。
较优地，电磁锤击装置中的锤头材料应由耐磨性及韧性较高的耐高温高锰钢制作。
较优地，随焊锤击过程中电磁锤击头与激光束保持距离不变，根据不同种类和焊接参数的铝锂合金激光焊接热力学特点选择合适的间隔距离，随焊锤击部位的工件温度略低于脆性温度区间。
优选地，电磁锤位于焊缝两侧，与桁条之间无接触，靠近桁条的锤击头部分为圆弧形。
优选地，电磁锤击头的尺寸参数应满足：锤头与工件的纵向接触长度应在10-20mm范围内。
更优选地，在随焊锤击过程中，桁条两侧的电磁锤锤击频率和锤击力保持一致。
本发明具有以下有益效果：
1、在实施双激光束双侧同步焊接前，利用有限元软件模拟施加锤击力的状态下焊接过程中的形变情况，并利用仿真模拟得出最佳锤击参数，再将锤击参数输入电磁锤击控制装置中，从而达到了精确控制T型工件焊后变形的目的。
2、本发明能够根据焊接工件的种类和焊接参数的不同，随之采用不同的随焊锤击参数，具有较高的适应性。
3、本发明中电磁锤击头与激光器由同一个机械臂夹持，在随焊锤击焊件矫正焊后变形的过程中，既使焊接热源激光束与锤击头的距离始终保持一致，又能够简化装置的复杂性，且便于实现焊接与矫形一体化。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明，其中：
图1为精确控制双激光束双侧同步焊接T型结构焊后变形的电磁锤击矫形实施流程图；
图2为电磁锤击头的定位俯视图；
图3为双激光束双侧同步焊接T型结构焊后变形的电磁锤击矫形方法示意图；
图4为电磁锤击头的放大示意图；
图中：1-电磁锤击头；2-蒙皮；3-桁条；4-保护气；5-激光束；6-填充焊丝；7-T型焊缝；8-电磁锤击控制装置；9-电磁锤击电源；10-电磁锤。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行进一步的描述，以便对本发明的核心要点有更加直观的了解。应当说明的是，以下实例仅为解释本发明的示例，不能将其作为本发明的限制。
焊接时采用2099铝合金为桁条材料，2060铝锂合金为蒙皮材料，填充材料是直径为1.2mm的ER4047铝合金焊丝，保护气为纯氩气。焊接接头类型为T型接头，激光束的相关参数为：激光功率为2～10kW，焊接速度为4～7m/min，送丝角度为20°～55°。
如图1所示，精确控制双激光束双侧同步焊接T型结构焊后变形的电磁锤击矫形实施步骤如下：
首先利用有限元分析软件MSC.Marc建立热力学模型，分析2099/2060铝锂合金T型接头在焊接过程中的温度场和应力场，确定焊接过程中熔池附近的脆性温度区域，确定随焊锤击的锤击头施力位置与热源之间的相对距离d(如图2所示)，然后在模型中施加随焊锤击力于T型接头左右两侧靠近桁条处，利用模拟软件获得最佳的随焊锤击力和锤击频率；
将由模拟所得的锤击数据输入电磁锤的控制装置(8)中，利用电磁效应控制电磁锤在随焊锤击过程中的锤击频率和锤击力大小；
如图3所示，利用装夹工具将焊件蒙皮(2)和桁条(3)固定在焊接工作台上，利用双臂焊接机器人夹持左、右两侧的激光器和保护气，利用两台自动送丝机在焊接过程中前送丝ER4047。同时利用可调节连接支架将两个电磁锤(10)分别固定夹持于左、右两侧的机械臂上，其中将电磁锤与激光束(5)之间的距离调节为d；
其中电磁锤击头(1)选择高锰钢材料，如图4所示，根据2060/2099铝锂合金双激光束双侧同步焊接T型接头的接头的成形特点，将电磁锤击头与蒙皮的锤击接触面设计为圆弧过渡锤击头，圆弧的半径R由母材厚度决定，即R＝桁条厚度。
选择焊接参数并将由仿真模拟所得的电磁锤击参数导入到电磁锤击控制装置中，通过实时控制电磁线圈的通电状态从而达到对随焊锤击过程中电磁锤击力和锤击频率的控制。在正式焊接前，仅开启焊接装置，利用双侧激光束对蒙皮和桁条进行点焊定位，定位点为T型接头的两端，焊前定位不仅能够保证正式焊接过程中焊接路线的可靠性，同时还能降低焊后变形量，提高焊接质量。待点焊结束后，准备正式进行双激光束双侧同步焊接T型接头，同时开启焊接设备和电磁锤击设备，利用焊接机器人完成焊接过程。焊接结束后，先关闭焊接热源，然后再延时关闭电磁锤击设备，以保证电磁锤击设备能够锤击到整个T型接头。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、首先利用有限元分析软件MSC.Marc建立热力学模型，分析焊接结构件的焊接应力和焊后变形，并确定焊接工件在不同位置的残余应力和焊后形变量等相关数据；
步骤二、将由模拟所得的数据输入电磁锤的控制装置中，利用电磁效应控制电磁锤在随焊锤击过程中的锤击频率和锤击力大小；
步骤三、将待焊工件装夹在焊接工作台上，利用双臂焊接机器人夹持左、右两侧的激光器，同时利用可调节连接支架将两个电磁锤分别固定夹持于左、右两侧的机械臂上；
步骤四、给定焊接参数和随焊电磁锤击参数，在正式焊接前采用双激光束点焊固定工件位置并减小焊后变形，随后启动电磁锤击设备，进行双激光束双侧同步T型结构焊接；
步骤五、焊接结束后，先关闭焊接热源，再延时关闭电磁锤击设备。
2.根据权利要求1所述的精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，在获取残余应力与焊后变形的同时，通过在T型接头的焊缝两侧施加锤击力并调节其参数直至工件的焊后变形最小，获取最佳锤击频率和锤击力大小。
3.根据权利要求1所述的精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，电磁锤击装置中的锤头材料应由耐磨性及韧性较高的耐高温高锰钢制作。
4.根据权利要求1所述的精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，随焊锤击过程中电磁锤击头与激光束保持距离不变，根据不同种类和焊接参数的铝锂合金激光焊接热力学特点选择合适的间隔距离，随焊锤击部位的工件温度略低于脆性温度区间。
5.根据权利要求1所述的精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，电磁锤位于焊缝两侧，与桁条之间无接触，靠近桁条的锤击头部分为圆弧形。
6.根据权利要求1所述的精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，电磁锤击头的尺寸参数应满足：锤头与工件的纵向接触长度应在10-20mm范围内。
7.根据权利要求1所述的精确控制T型结构双激光束双侧同步焊接变形的方法，其特征在于，在随焊锤击过程中，桁条两侧的电磁锤锤击频率和锤击力保持一致。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102248298A (zh) * 2011-07-08 2011-11-23 中国商用飞机有限责任公司 用于减少t型接头焊接变形的双激光束焊接方法
CN103817452A (zh) * 2014-03-18 2014-05-28 哈尔滨工业大学 一种多层多道焊的随焊锤击方法
CN106425148A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 佳木斯大学 随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置及其方法
KR20190123907A (ko) * 2018-04-25 2019-11-04 주식회사 새한산업 열처리 및 레이저용접장치
CN209669286U (zh) * 2019-04-01 2019-11-22 内蒙古科技大学 一种基于电磁能去除焊接残余应力的装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102248298A (zh) * 2011-07-08 2011-11-23 中国商用飞机有限责任公司 用于减少t型接头焊接变形的双激光束焊接方法
CN103817452A (zh) * 2014-03-18 2014-05-28 哈尔滨工业大学 一种多层多道焊的随焊锤击方法
CN106425148A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 佳木斯大学 随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置及其方法
KR20190123907A (ko) * 2018-04-25 2019-11-04 주식회사 새한산업 열처리 및 레이저용접장치
CN209669286U (zh) * 2019-04-01 2019-11-22 内蒙古科技大学 一种基于电磁能去除焊接残余应力的装置

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
余海松: "铝锂合金蒙皮桁条结构双激光束双侧焊接热机耦合分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
刁旺战: "铝合金双光束激光填丝焊温度场与应力场数值模拟", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
刘诚诚: "铝锂合金随焊锤击及焊缝整形工艺研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
徐文立,代宝昌,刘雪松,方洪渊,田锡唐: "随焊锤击对高强铝合金焊接接头应变分布的影响", 《焊接学报》 *
苏阳: "薄板铝合金T型接头双激光束双侧焊接应力和变形的有限元分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
郁兆昌: "《金属工艺学（工程技术类）》", 31 July 2001 *
郑文建: "铝合金 T 型接头双束激光双侧同步焊接的数值模拟研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

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