[发明专利]一种抑制铝合金T型接头裂纹的焊接方法

说明书

一种抑制铝合金T型接头裂纹的焊接方法，它涉及焊接领域。本发明要解决铝合金T型接头双侧激光焊接存在的热裂纹问题。本发明主要利用焊丝1的成分增强焊缝内部一致性、提高焊缝强度，在后侧熔池凝固前沿利用焊丝2的成分抑制裂纹。本发明可在保证熔池整体流动趋势的前提下，采用摆动激光、脉冲/交流CMT等热源进行进一步的消除气孔、减小热输入等改进。本发明应用于制造业焊接领域。

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，具体涉及一种抑制铝合金T型接头裂纹的焊接方法。

背景技术

在飞机、汽车和机车车辆等制造业中，为了减轻运载工具的自重，提高运载能力，越来越多地采用轻金属合金与薄壁型轻量化结构。以钛合金、铝合金为主的轻合金已经广泛应用于航空航天等领域的结构件制造中，以满足现代飞行器对关键结构件轻量化与高性能的发展需求。航空航天轻合金薄壁结构件制造过程中，通常涉及壁板与桁条的连接，采用焊接代替传统的铆接工艺后减重效果显著。近年来，随着激光器的快速发展，激光焊接大量应用于铝合金结构件的连接。采用双激光束双侧同步焊接技术，实现航天飞行器铝锂合金蒙皮桁条结构件的连接，是当前亟待解决的问题。然而由于铝合金特性及T型接头结构特点，无论传统焊接还是先进的激光焊接都遇到了焊缝气孔、裂纹、变形等依靠单独焊接方式难以解决的问题。由于长桁和蒙皮由铝合金轧制而成，而由于铝合金具有较大的凝固温度区间和线膨胀系数，以及激光焊接时急冷急热的特点，造成在激光焊接时容易出现焊接热裂纹缺陷，从而大幅降低焊缝的承载及力学性能。

为了在双侧激光同步焊接过程中合理调控焊缝组织从而抑制热裂纹等缺陷，通常采用随焊碾压、预置应力以及焊后进行修补等方式，如专利CN201610378627.X提出了一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置及方法，通过对蒙皮预拉伸而减小与长桁焊接时产生的应力场，降低焊缝开裂的可能。专利CN201610633577.5则提出了一种减少T型接头焊接热裂纹的双激光束焊接方法，在熔池两侧进行同步碾压对焊接应力场进行释放，减少焊缝热裂纹。但该类消除应力场的方法受到结构件尺寸、桁条形式和分布等限制，其应用普适性较差，且由于应力场强度不断变化，仅从减小应力场的角度无法确保裂纹的抑制。而焊后修补等方式容易造成接头重复软化，性能严重降低，也可能出现新的热裂纹缺陷，因此需要对焊缝本身的成分进行调控，减小其开裂倾向。

发明内容

本发明旨在针对铝合金T型接头双侧激光焊接存在的热裂纹问题，提出一种抑制铝合金T型接头裂纹的焊接方法。

本发明的一种抑制铝合金T型接头裂纹的焊接方法，它是按照以下步骤进行的：

步骤一:将工件的待焊接部位根据需要加工成所需要的精度，并对工件加工后的两侧表面进行打磨或清洗；

步骤二:将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上，桁条垂直于蒙皮表面，采用双侧激光填丝-CMT相结合的方式焊接，上方预紧力不小于50N，焊丝1倾角α为15～35°，激光倾角β为5～10°，焊枪倾角γ为30～50°，复合焊接头倾角θ为15～40°；所述的焊枪上设置有焊丝2；

步骤三:双侧激光采用相同参数，激光离焦量为﹣5～﹢5mm，激光功率为1000～7000W，焊接速度为4～12m/min，送丝速度为100～750mm/min，光丝间距为3～8mm，电弧电流为50～140A，电弧电压为8～30V，保护气采用Ar气或Ar/He混合气体，流量为20～60L/min；

步骤四:在实际焊接过程中，采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先激光器控制发出激光，然后电弧起弧和送丝机送进焊丝，最后控制机器人使得复合焊接头同步运动完成焊接过程；

其中焊丝1成分为Li:0.9-1.1％,Cu:3.5-4.5％,Mg:0.32-0.44％,Ag:0.3-0.4％,Fe:＜0.1％, Si:0.1-2％,Er:0.4-1.2％,Zr:0.43-0.85％,Al:余量；