[发明专利]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

说明书

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。

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。