[发明专利]双激光束双侧激光-MIG复合焊接方法及系统

说明书

本发明提供了一种双激光束双侧激光‑MIG复合焊接方法及系统，包括如下步骤：步骤1：在桁条端面制备沉积层，将激光熔覆头竖直放置于桁条端面的正上方，采用激光束与合金粉末同轴送入的方式，在桁条端面表面进行激光熔敷以获得沉积层；步骤2：将进行激光熔敷后的桁条与蒙皮进行双激光束双侧激光‑MIG复合焊接工艺，实现桁条与蒙皮的连接。本发明采用双激光束双侧激光‑MIG复合焊接工艺，可以提高熔丝效率，减少熔丝对激光束的消耗和影响，降低对激光焊接过程中的小孔干扰，进而提高焊接过程稳定性和焊缝质量。

技术领域

本发明涉及飞机机身壁板焊接技术领域，具体地，涉及一种双激光束双侧激光-MIG复合焊接方法及系统，尤其是一种激光熔敷的双激光束双侧激光-MIG复合焊接方法。

背景技术

飞机机身壁板主要由桁条-蒙皮的T型结构组成，上世纪90年代初空中客车公司开展了机身壁板T型结构双侧激光焊接技术的研究，并成功利用该技术代替了铆接对桁条-蒙皮的T型结构的焊接。目前这一革新技术已成功应用于包括最小型A318和最大型A380在内空客公司多种机型的机身壁板结构制造中。受此启发，航天领域的运载火箭贮箱研制，基于减重的目标也对桁条-蒙皮的T型结构提出了需求。

空客提出的双侧激光焊接技术采用双侧对称送丝的方式进行，由于T型结构在焊缝成形及结构拘束度上的特点，双侧激光焊接技术对焊丝本身的强化焊缝组织及抑制缺陷的作用要求更高，现有商用焊丝很难同时满足焊缝合金调控强化和抑制裂纹等缺陷的要求，因此需要根据特殊冶金要求，提出全新成分配比的焊丝，而这将大大增加研发和生产成本。

另外需要指出的是，双侧激光填丝焊接过程中，激光热源承担着两个效用，一是焊接熔深，二是熔化焊丝；同时，双侧激光焊接速度往往达到10m/min以上，在高速焊接状态下，不仅熔化焊丝对焊接熔深有此消彼长的影响，焊丝在被送入熔池过程中将同时受到熔池尺寸、激光功率、激光焦点位置、焊接飞溅以及焊丝残余形变等诸多因素的影响，以上任意因素的波动或突变均会导致焊丝等填充材料无法被持续稳定地送入熔池内，这种相互影响将直接影响焊接过程中的稳定性并导致焊接缺陷的产生。

公开号为CN105728944B的专利文献公开了一种粉末冶金调控的双侧激光焊接方法，涉及一种双激光束焊接方法，以解决T型结构双侧激光焊接过程中焊丝元素无法对焊缝组织进行充分合金调控的问题，包括如下步骤：一、在蒙皮上表面待焊位置中心沿焊接方向机械铣削凹槽，对蒙皮进行化学清洗以去除氧化膜和加工污渍；二、向凹槽中预填合金粉末以形成沉积层：将激光熔覆头竖直放置于凹槽的正上方，采用激光束与合金粉末同轴送入的方式，在凹槽表面进行激光送粉增材以获得沉积层，用磨床将高出蒙皮表面的沉积材料磨削掉使沉积表面与蒙皮表面共面；三、对长桁与蒙皮进行双激光填丝焊接，获得双侧对称焊缝。但是该专利文献在大尺寸蒙皮表面机械铣削细小的凹槽，以及预制冶金层后的磨削加工，使得预制冶金层过程工艺复杂成本过高，且质量一致性难以保证。

公开号为CN105710536B的专利文献公开了一种3D增材的T型结构双侧激光焊接方法，它涉及一种双激光束焊接方法，以解决在高焊接速度及长焊道的情况下，T型结构双侧激光焊接过程难以确保焊丝被持续稳定恒速地送入熔池内并一次性焊接获得均匀连贯无缺陷的双侧焊缝以及难以灵活对焊缝组织进行特定合金调控的问题，包括如下步骤：一、对长桁表面进行化学清洗；二、设计沉积层：在长桁表面待焊区域设计沉积层，沉积层的截面为正方形或矩形；三：将激光熔覆头竖直放置于长桁表面待焊区域正上方，采用激光束与合金粉末同轴送入的方式，在长桁两侧待焊区域进行激光3D增材以获得沉积层；四：对长桁和蒙皮进行双侧激光焊接，获得双侧对称焊缝。但是该专利文献由于两侧加热不同步，且位于桁条边缘，热循环极不均衡，导致桁条边缘呈现波浪形变形，直接影响后续的双侧焊接过程中激光束的位置参数稳定性。