[发明专利]一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法

说明书

本发明公开了一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法。该方法包括两个脉冲激光辅助装置和双激光束双侧同步焊接装置。其特征在于辅助脉冲激光进行点焊和预热，主激光头在预热后开始焊接，实现焊接过程中边预热边焊接。该方法步骤如下：1.焊接前使用丙酮清洗焊接区域，去除表面油污，使用不锈钢刷打磨表面，清除焊接表面氧化膜，确保焊件清洁干燥，然后正确装配焊件。2.对主激光头和辅助激光头的位置和角度进行调整，对焊接机器人进行示教。3.开始进行双激光束双侧同步焊接，辅助激光头首先对焊件进行点焊，然后辅助激光头对焊件进行预热，预热5s后主激光头开始焊接，实现焊件的预热和焊接同时进行。

技术领域

本发明属于激光焊接制造技术领域，具体涉及一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法。

背景技术

传统的飞机壁板蒙皮桁条T型结构接头多采用铆接方法连接。双激光束双侧同步焊接方法相对于铆接方法具有极大的优越性，已经逐渐取代铆接成为飞机壁板蒙皮桁条T型结构接头的主要连接方法。采用该焊接方法生产的焊接结构件可大幅度减轻结构重量，生产效率高，气密性好，能够提高焊缝质量。铝合金的性能优异，密度小、比强度高、耐腐蚀，大量应用于飞机的结构件中。

双激光束双侧同步焊接方法连接飞机壁板蒙皮桁条T型结构的焊接工艺复杂，被焊材料一般为铝合金，热膨胀系数大，弹性模量小，被焊板材尺寸大，厚度薄。以上因素都会导致焊接过程中产生裂纹、气孔和缺陷问题，降低产品装配精度，导致接头性能下降，降低产品质量。采用脉冲激光辅助的双激光束双侧同步焊接方法可以减小焊接裂纹、气孔和缺陷的产生，提高产品装配精度，提高接头性能，改善产品质量。

在激光焊接的同时增加脉冲激光辅助，连续激光聚焦于工件表面，在焊接中产生匙孔，脉冲激光对焊缝进行点焊和预热，能够控制一定范围内焊接熔池的冷却速度，有利于焊接高裂纹敏感性材料，提高焊缝韧性。本系统中激光束的并列式排列使液态金属的流动模式发生改变，有利于防止咬边、焊道凸起等缺陷，改善焊缝成形。除此之外，激光束三种排列方式耦合，既可以提高搭桥能力，又能减少焊缝淬硬倾向和气孔产生。

发明内容

一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，其特征在于：包括两个脉冲激光辅助装置。其中使双激光束双侧同步焊接T型结构一侧的激光头与脉冲辅助装置为前后关系，即在T型结构的一侧有两个激光头，一个激光头为主，发出连续激光，位于辅助激光头后侧，另一个激光头为辅，发出脉冲激光，位于主激光头前侧，T型结构的另一侧激光头也同样分布，两侧呈对称关系。辅助激光头进行点焊和预热，主激光头在预热后5s开始焊接，实现边预热边焊接，使蒙皮桁条T型结构双激光束双侧同步焊接过程中的裂纹敏感性降低，提高焊缝韧性，减少淬硬性倾向和气孔的产生，改善焊缝成形。

进一步的，双激光束双侧同步焊接蒙皮桁条T型结构材料选用铝合金，焊接前使用丙酮清洗焊接区域，去除表面油污，使用不锈钢刷打磨表面，清除焊接表面氧化膜，确保焊件清洁干燥，然后正确装配焊件。

进一步的，对主激光头和辅助激光头的位置和角度进行调整，对焊接机器人进行示教。

进一步的，在双激光束双侧同步焊接过程中，辅助激光头首先对焊件进行点焊，然后辅助激光头对焊件进行预热，预热5s后主激光头开始焊接，实现焊件的预热和焊接同时进行。

进一步的，在双激光束双侧同步焊接过程中，主激光头和辅助激光头都使用保护气体防止氧化，保护气为He或Ar，保护气流量为10-20L/min，两个激光头为单行式排列，保护气体范围更大。

进一步的，在沿焊接方向上的焊缝熔池情况为：连续激光能量密度较大，聚焦于工件表面，在焊件中产生匙孔，脉冲激光能量密度较小，只作为焊前预热热源。

进一步的，在垂直焊接方向上的焊缝熔池情况为：两束连续激光间距小，在焊接熔池中产生同一个匙孔。