[发明专利]一种消除铝锂合金T型接头激光焊接气孔的方法

说明书

一种消除铝锂合金T型接头激光焊接气孔的方法，它涉及材料加工工程领域。本发明要解决铝锂合金T型接头激光焊接过程中易出现气孔的问题。本发明采用双光束旋转激光焊接头通过内部的镜片模组实现双光束的旋转运动，此旋转运动可包括双光束绕自轴的旋转运动，以及绕公轴的旋转运动。旋转的双光束一定程度上使得匙孔更稳定，相对不易发生闭合。同时双光束的旋转作用避免了匙孔壁的塌陷，从而减少了工艺气孔的形成。双光束旋转激光焊接通过两束激光的高频旋转，可实现对熔滴过渡的主动调控；同时旋转的激光束可以细化晶粒，从而提高铝锂合金T型接头的力学性能。本发明应用于焊接领域。

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及一种消除铝锂合金T型接头激光焊接气孔的方法。

背景技术

飞机轻量化是现代航空制造业发展的必然方向。如今，常规铝合金在轻量化方面已经不能满足当今航空业的迫切需求，而新型铝锂合金由于低密度、高比强度和抗腐蚀性能，已然成为大型客机关键性结构材料的首选。研究显示，铝锂合金被应用于飞机结构件材料，较常规铝合金质量减少10％～20％，刚度提高15％～20％，且铝锂合金的成本比先进的复合材料小得多。随着越来越多的新型铝锂合金的研发成功，其表现出更好的强度-韧性平衡、优良的耐损伤抗疲劳性能、各向异性小等优异性能，使其在飞机蒙皮、长桁、地板梁和板制型材零件上取得广泛的应用。其中，又以蒙皮和长桁构成的飞机机身壁板T型结构应用最为广泛。

在航空工业中，传统的铆接为主的机械连接虽然结构可靠度高，但却大幅降低了飞机的有效载重量。用焊接工艺代替铆接工艺可实现机身结构重量的减轻、结构刚度的提高以及装配时间的节约。激光焊接作为一种高效精密的材料连接技术，利用高能密度的激光束作为热源对材料进行焊接，具有热输入小，焊接变形小，焊接接头热影响区窄，焊缝深宽比大，接头组织更细小，焊接速度快，可柔性加工等优点，现已广泛应用于车辆制造、船舶制造、航空航天等领域。但是激光焊在焊接铝锂合金T型结构时容易产生气孔缺陷，一方面是由于熔池中氢元素的混入使得焊接过程中产生大量的氢气泡，而激光焊接时熔池在极短的时间内凝固导致氢气泡被锁在焊缝中无法逸出，从而形成氢气孔；另一方面，激光焊接过程中熔池流场不稳定导致匙孔壁塌陷和局部闭合也会导致不规则形状气孔的形成。铝锂合金T型结构激光焊接过程中气孔的产生极大程度地限制了其在航空领域的应用。

在消除铝锂合金激光焊接焊缝的气孔问题上，传统的做法主要包括清除工件表面的氧化膜以及优化焊接工艺参数等。近年来学者们在此基础上提出了很多新的焊接方法，如激光-电弧复合焊接、双光束激光焊接和激光摆动焊接，都在一定程度上减少了铝锂合金焊缝中的气孔率。专利CN201910553105.2.提出了一种铝合金中厚板激光焊接装置及方法，采用双束激光而其中一束摆动的方式，在保证熔深的情况下，减少气孔缺陷。但是由于T型接头双光束焊需要面临的问题与对接接头不同，上述焊接方法并不能很好地满足铝锂合金结构件在航空领域的应用。

发明内容

本发明旨在解决针对铝锂合金T型接头激光焊接过程中易出现气孔的问题。基于此，提出一种双光束旋转的激光焊接方法，实现铝锂合金T型接头消除焊缝气孔缺陷的问题。

本发明针对铝锂合金T型接头的焊接过程示意图如图1所示，其中1为双光束旋转激光焊接头，3为保护气喷嘴，5为送丝嘴，2和4分别为焊接方向右侧的激光束，6和7分别为筋板和底板，8和9为焊接方向左侧的激光束。双光束旋转激光焊接头通过内部的镜片模组实现双光束的旋转运动，此旋转运动可包括双光束绕自轴的旋转运动，以及绕公轴的旋转运动，如图2、图3所示，如图1所示为双侧同步双光束绕公轴的旋转焊接过程。

本发明的一种消除铝锂合金T型接头激光焊接气孔的方法，它是按照以下步骤进行的：

步骤一：焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将清除表面氧化膜的待焊工件固定在焊接工装夹具上，底板在下，筋板在上；