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几种航空制造方面激光焊接方法及其应用

发布时间:2017-11-27 13:48:08点击率:

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几种航空制造方面激光焊接方法及其应用

针对航空制造业的激光焊接技术,目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各种航空金属材料的理论及应用,通过基础理论的建立,辅以大量的试验验证,激光焊接技术已经成熟地应用于航空及武器装备制造的诸多领域。下面简单介绍几种激光焊接方法及其应用:

1. 单激光焊接
按焊接熔池形成的机理区分,激光焊接可分为两种:热传导焊接和激光深熔焊。这两种方式最基本的区别在于:前者熔池表面保持封闭,而后者熔池则被激光束穿透成小孔。

(1)热传导焊接
当功率密度约为105~ 106W/cm2的激光照射在材料表面时,一部分激光被反射,另一部分光能被材料吸收转化为热能使焊件表面熔化,材料表面层的热以热传导的方式继续向材料 深处传递,形成熔池,将两焊件熔接在一起。这种焊接模式熔深浅,深宽比较小。图1为利用激光热导焊为飞机某零件进行密封。
(2)激光深熔焊
当功率密度比较大(约为106~107W/cm2)的激光束照射到材料表面时,材料吸收光能转化为热能,工件吸收激光后迅速熔化乃至气化,熔化的金 属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底,使小孔不断延伸,直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动 时,小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方,凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大,深宽比也大。在航空制造领域,除了微薄零件或特殊要求之外,一般均使用深 熔焊。图2是采用激光深熔焊焊接的某飞机结构件。

2. 激光-电弧混合/复合焊
随着激光焊接技术在工业中的成熟应用,激光焊接技术的不足之处也日渐显露:设备投资、使用成本大,能量利用率低;对工件的焊接装配精度要求高;对于 高反射率金属难以实现激光焊接且容易对激光设备造成损坏;高焊接速度导致焊缝快速凝固,接头中容易产生气孔、咬边缺陷,焊缝组织脆性,甚至焊接裂纹。
为避免单激光焊接出现的问题,研究者提出了激光与电弧复合的焊接方法,其出发点是利用电弧焊接的低成本、适用范围宽等特点辅助激光来进行焊接。激光 -电弧复合主要是激光与PAW、TIG或MIG/MAG的复合。目前,主要研究了LASER-PAW和LASER-MIG两种复合焊接方法:

(1)LASER-PAW复合焊接技术
等离子弧的引弧性和稳弧性优于TIG焊,电极不易损耗,采用等离子弧与激光复合热源(如图3)进行焊接是一种过程很稳定的焊接技术,有利于保证焊接 质量。不需要真空系统,可以在大气条件下进行大型中厚度零件的焊接;较高的焊接速度,降低了零件的焊接变形;焊接工艺裕度大,对于焊前零件的装配间隙和焊 缝的对中要求可以大大降低,具有良好的实用性。图4是LASER-PAW复合焊接飞机桶体结构模拟件。
(2)LASER-MIG复合焊接技术
LASER-MIG复合焊接技术是激光电弧复合焊接提出以来,研究最多、最为广泛的一种复合焊接方法(如图5)。MIG焊接容易使用焊丝填充焊缝, 采用激光-电弧复合焊接的方法进一步扩大拼缝间隙裕度、减少或消除焊接后接口部位的凹陷,改善焊缝形貌;此外,通过选择不同的焊丝,还可调整焊缝的化学成分,改善力学性能。/


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