铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法

摘要

本发明提供了一种铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法，包括件以下步骤：步骤1、将筋板(1)和底板(2)按照倒T型装卡固定；步骤2、在筋板(1)与底板(2)的一侧采用激光深熔焊模式焊接；当该一侧焊接完成时，进行步骤3；或者，当该一侧焊接到第一长度时，在筋板(1)与底板(2)的连接处的另一侧采用激光热导焊模式焊接，两侧同时进行焊接并保持该第一长度的焊接间距；步骤3、在筋板(1)与底板(2)的连接处的另一侧采用激光热导焊模式焊接。该方法利用激光深熔焊和激光热导焊两种焊接模式的优势，能够有效减少T型焊缝内部工艺气孔缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及铝锂合金T型接头激光焊接领域，具体是一种铝锂合金薄板T型接头 异种模式激光焊接的方法。

背景技术

激光是20世纪发展起来的新技术，激光焊又是激光在材料加工领域中主要应用 之一。与常规焊接方法相比，功率密度大于10⁵W/cm²的高能束流激光具有加热集中， 对材料的热损伤小，焊接过程受电磁力的影响小，焊接速度高，可获得焊缝深宽比大、 热影响区小的焊接接头，焊接变形小精度高，焊缝质量可与电子束焊媲美，而不需真 空环境。激光焊现已成为汽车制造的标准工艺，随着激光光束模式的提高，激光焊应 用技术研究的深入，激光焊在航空领域的应用日益增多，其中铝锂合金薄板T型结构 激光焊技术的开发将具有广阔的应用前景。但目前铝锂合金薄板(板厚小于2mm)激 光焊接T型接头焊缝内部容易产生气孔缺陷，原因有两个方面，一方面是铝锂合金表 面的氧化膜引起的冶金气孔，另一方面是由于焊接过程中小孔不稳定造成的工艺气 孔。对于冶金气孔，研究人员通过清除铝锂合金表面的氧化膜可有效避免，而对于工 艺气孔，国内已开展了不少的研究，主要是通过优化焊接工艺参数、焊接过程中填充 焊丝及焊后对焊缝进行后处理，并取得了一定效果。

激光焊的高能束流特性，使得大功率激光焊形成焊缝的过程产生小孔效应，激光 深熔焊的小孔、熔池行为及相互作用机理是一个十分复杂的过程；而铝锂合金薄板T 型接头又由于其特殊的物理性质和结构，很容易造成焊接过程的不稳定和气孔缺陷的 产生。在现有控制铝锂合金T型接头激光焊接工艺气孔的技术中，优化焊接工艺参数， 提高激光焊接过程中小孔的稳定性可控制工艺气孔的产生，但是得到的工艺参数区间 窄，对设备状态要求严格，可重复性差；激光填丝焊通过调节激光和焊丝相对位置增 加熔池稳定性可有效减少气孔缺陷的发生，但填丝对送丝定位准确性要求较高，因此 增加了焊接工艺过程控制的难度；焊后处理焊缝通过在真空或惰性环境下升温、加压 来减少气孔缺陷，具有成本高、不适于工程应用等问题。

发明内容

为了解决现有铝锂合金薄板T型接头在进行激光焊接时容易产生气孔的问题。本 发明提供了一种铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法，该铝锂合金薄板T 型接头异种模式激光焊接的方法利用激光深熔焊和激光热导焊两种焊接模式的优势， 能够有效降低焊缝内部工艺气孔缺陷。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：所述铝锂合金薄板T型接头异种模 式激光焊接的方法包括件以下步骤：

步骤1、将筋板和底板按照倒T型装卡固定，底板2在下，筋板1在上；

步骤2、在筋板与底板的一侧采用激光深熔焊模式焊接；当该一侧焊接完成时， 进行步骤3；或者，当该一侧焊接到第一长度时，在筋板与底板的连接处的另一侧采 用激光热导焊模式焊接，两侧同时进行焊接并保持该第一长度的焊接间距；

步骤3、在筋板与底板的连接处的另一侧采用激光热导焊模式焊接。

在步骤2中，该第一长度满足所述激光深熔焊形成的熔池和激光热导焊形成的熔 池之间的间隙大于等于15mm。

在步骤2中，该激光深熔焊采用全熔透式激光深熔焊，使得筋板与底板接触面全 部熔透，并且透过筋板的另一侧。

本发明的有益效果是：该铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法利用激 光深熔焊和激光热导焊两种焊接模式的优势，能够有效降低焊缝内部工艺气孔缺陷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是铝锂合金T型接头异种模式激光焊接主视图。

图2是铝锂合金T型接头异种模式激光焊接俯视图。

图3是铝锂合金T型接头异种模式激光焊接焊丝、激光及保护气相对位置关系示 意图。

图4是异种模式激光焊接过程中焊丝、激光及保护气所在平面与T型接头底板位 置关系示意图。

其中1.筋板，2.底板，3.第一激光，4.第一保护气，5.第一焊丝，6.第 二激光，7.第二保护气，8.第二焊丝。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法，包括件以下步骤：

步骤1、将筋板1和底板2按照倒T型装卡固定，筋板1呈直立状态，底板2呈 水平状态，筋板1在上，底板2在下，如图1至图4所示；

步骤2、在筋板1与底板2的左侧采用激光深熔焊模式进行焊接，如图2所示； 当该左侧焊接完成时，进行步骤3；或者，当该激光深熔焊该左侧沿焊接方向A焊接 到第一长度时(即焊接了一段距离)，在筋板1与底板2的连接处的右侧采用激光热 导焊模式进行焊接，两侧同时焊接方向A进行激光深熔焊和激光热导焊两种焊接，并 且在此过程中保持该第一长度的焊接间距，图2中，左侧为激光深熔焊，右侧为激光 热导焊；

步骤3、在筋板1与底板2的连接处的左侧采用激光热导焊模式进行焊接。

铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法中使用的激光器为大功率的 Nd.YAG或光纤激光器，焊丝(第一焊丝5和第二焊丝8)采用与母材相匹配的牌号， 保护气为氩气或氦气。焊接方法为双侧依次焊接，或两侧同时焊接，两侧同时焊接时 两种焊接的焊接方向相同，但双侧同时焊接时两束激光(两种焊接)形成的熔池间距 不小于15mm，在步骤2中，该第一长度满足所述激光深熔焊形成的熔池和激光热导 焊形成的熔池之间的间隙大于等于15mm。且全熔透式深熔焊在前，热导焊在后。全 熔透式激光深熔焊一侧，选用合适的激光功率、焊接速度及送丝速度，使得筋板与 底板接触面全部熔透，并且透过筋板另一侧，焊接过程中，筋板两侧焊接区域均需保 护气对熔池进行保护。激光热导焊一侧，采用激光热导焊模式，采用合适的工艺参数， 使得填充焊丝熔化并均匀过渡到待焊处，形成稳定致密焊缝，焊接过程中采用氩气或 氦气对焊接区域进行保护，可有效降低铝锂合金T型接头激光焊接焊缝内部工艺气孔 缺陷。下面介绍铝锂合金薄板T型接头异种模式激光焊接的方法中两种焊接的参数选 择。

T型接头底板2的厚度为1.2mm～3mm，在进行激光深熔焊时，激光功率的功率为 1.5KW～4KW，焊接速度为2m/min～8m/min，送丝速度为1m/min～4m/min。采用氩气 或氦气作为第一保护气4，第一激光3与底板2之间的夹角θ为15°～35°，第一保 护气4流向与第一激光3的激光束轴线之间的夹角φ为40°～75°，第一焊丝5的 送丝方向与第一激光3的激光束轴线之间的夹角β为40°～70°。第一激光3和第 一焊丝5在该连接处上的间距d1为0mm～2mm，第一激光3的下端与底板2的上表面 之间的偏移量d2为0mm～3mm。

在进行激光热导焊时，激光功率的功率为1.5KW～4KW，焊接速度为2m/min～ 8m/min，送丝速度为1m/min～4m/min。采用氩气或氦气作为第二保护气7，第二激光 6与底板2之间的夹角θ为20°～50°，第二保护气7流向与第二激光6的激光束轴 线之间的夹角φ为40°～75°，第二焊丝8的送丝方向与第二激光6的激光束轴线 之间的夹角β为40°～70°。第二激光6和第二焊丝8在该连接处上的间距d1为 0mm～2mm，第二激光6的下端与底板2的上表面之间的偏移量d2为0mm～3mm。

下面筋板1与底板2的焊接进行具体介绍如下：

1材料：试验针对板厚2为1.5mm的2A97-T3铝锂合金，T型接头底板2的尺寸 为200mm×200mm，筋板1的尺寸为200mm×20mm，焊丝为ER2A97，直径1.2mm。

2焊接设备：YLS-5KW、6自由度ABB机器人、福尼斯送丝机及焊接工装等。

3焊接工艺：焊前对试板表面进行化学清理，去除表面氧化膜厚度约0.2mm。焊 接采用一侧先进行激光深熔焊，焊完一侧后在另一侧采用热导焊，焊接工艺参数见表 1所示。

4焊后对焊缝进行100％X射线探伤。从探伤底片可以看出，焊缝内部气孔分布 情况满足一级焊缝要求(参考GJB294A-2005)。

表1T型接头焊接工艺参数

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等 同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利 涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、 技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。