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CN111545905A - 一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法 - Google Patents

一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法 Download PDF

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CN111545905A
CN111545905A CN202010404930.9A CN202010404930A CN111545905A CN 111545905 A CN111545905 A CN 111545905A CN 202010404930 A CN202010404930 A CN 202010404930A CN 111545905 A CN111545905 A CN 111545905A
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welding
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double
weldment
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占小红
綦娜
王磊磊
陈帅
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法。该方法包括两个脉冲激光辅助装置和双激光束双侧同步焊接装置。其特征在于辅助脉冲激光进行点焊和预热，主激光头在预热后开始焊接，实现焊接过程中边预热边焊接。该方法步骤如下：1.焊接前使用丙酮清洗焊接区域，去除表面油污，使用不锈钢刷打磨表面，清除焊接表面氧化膜，确保焊件清洁干燥，然后正确装配焊件。2.对主激光头和辅助激光头的位置和角度进行调整，对焊接机器人进行示教。3.开始进行双激光束双侧同步焊接，辅助激光头首先对焊件进行点焊，然后辅助激光头对焊件进行预热，预热5s后主激光头开始焊接，实现焊件的预热和焊接同时进行。

Description

一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法
技术领域
本发明属于激光焊接制造技术领域，具体涉及一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法。
背景技术
传统的飞机壁板蒙皮桁条T型结构接头多采用铆接方法连接。双激光束双侧同步焊接方法相对于铆接方法具有极大的优越性，已经逐渐取代铆接成为飞机壁板蒙皮桁条T型结构接头的主要连接方法。采用该焊接方法生产的焊接结构件可大幅度减轻结构重量，生产效率高，气密性好，能够提高焊缝质量。铝合金的性能优异，密度小、比强度高、耐腐蚀，大量应用于飞机的结构件中。
双激光束双侧同步焊接方法连接飞机壁板蒙皮桁条T型结构的焊接工艺复杂，被焊材料一般为铝合金，热膨胀系数大，弹性模量小，被焊板材尺寸大，厚度薄。以上因素都会导致焊接过程中产生裂纹、气孔和缺陷问题，降低产品装配精度，导致接头性能下降，降低产品质量。采用脉冲激光辅助的双激光束双侧同步焊接方法可以减小焊接裂纹、气孔和缺陷的产生，提高产品装配精度，提高接头性能，改善产品质量。
在激光焊接的同时增加脉冲激光辅助，连续激光聚焦于工件表面，在焊接中产生匙孔，脉冲激光对焊缝进行点焊和预热，能够控制一定范围内焊接熔池的冷却速度，有利于焊接高裂纹敏感性材料，提高焊缝韧性。本系统中激光束的并列式排列使液态金属的流动模式发生改变，有利于防止咬边、焊道凸起等缺陷，改善焊缝成形。除此之外，激光束三种排列方式耦合，既可以提高搭桥能力，又能减少焊缝淬硬倾向和气孔产生。
发明内容
一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，其特征在于：包括两个脉冲激光辅助装置。其中使双激光束双侧同步焊接T型结构一侧的激光头与脉冲辅助装置为前后关系，即在T型结构的一侧有两个激光头，一个激光头为主，发出连续激光，位于辅助激光头后侧，另一个激光头为辅，发出脉冲激光，位于主激光头前侧，T型结构的另一侧激光头也同样分布，两侧呈对称关系。辅助激光头进行点焊和预热，主激光头在预热后5s开始焊接，实现边预热边焊接，使蒙皮桁条T型结构双激光束双侧同步焊接过程中的裂纹敏感性降低，提高焊缝韧性，减少淬硬性倾向和气孔的产生，改善焊缝成形。
进一步的，双激光束双侧同步焊接蒙皮桁条T型结构材料选用铝合金，焊接前使用丙酮清洗焊接区域，去除表面油污，使用不锈钢刷打磨表面，清除焊接表面氧化膜，确保焊件清洁干燥，然后正确装配焊件。
进一步的，对主激光头和辅助激光头的位置和角度进行调整，对焊接机器人进行示教。
进一步的，在双激光束双侧同步焊接过程中，辅助激光头首先对焊件进行点焊，然后辅助激光头对焊件进行预热，预热5s后主激光头开始焊接，实现焊件的预热和焊接同时进行。
进一步的，在双激光束双侧同步焊接过程中，主激光头和辅助激光头都使用保护气体防止氧化，保护气为He或Ar，保护气流量为10-20L/min，两个激光头为单行式排列，保护气体范围更大。
进一步的，在沿焊接方向上的焊缝熔池情况为：连续激光能量密度较大，聚焦于工件表面，在焊件中产生匙孔，脉冲激光能量密度较小，只作为焊前预热热源。
进一步的，在垂直焊接方向上的焊缝熔池情况为：两束连续激光间距小，在焊接熔池中产生同一个匙孔。
进一步的，在双激光束双侧同步焊接过程中，主激光头和辅助激光头在一个焊接过程中同时实现了三种激光束排布，分别是串行式，并列式和交叉式，串行式排列即双激光束在焊缝一侧呈前后排列，并列式排列即双激光束在焊缝两侧呈对称排列，交叉式排列即双激光束在焊缝两侧呈对角排列。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种脉冲预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，通过主激光头和辅助激光头协同作用，使辅助激光头进行点焊和预热，实现双激光束双侧同步焊接过程中预热和焊接同时进行，控制一定范围内焊接熔池冷却速度，降低裂纹产生的可能，同时提高焊缝韧性；本发明中激光束排列是三种排列方式的组合，既提高搭桥能力，又降低熔池冷却速度，减少焊缝的淬硬性倾向和气孔的产生，改善焊缝成形，获得连续均匀的焊缝。
附图说明
图1是脉冲预热双激光束双侧同步焊接示意图；
图2是沿焊接方向焊接熔池情况示意图；
图3是垂直于焊接方向焊接熔池情况示意图；
图4是双光束排布方式示意图。
其中，1为辅助激光头，2为主激光头，3为蒙皮，4为桁条，5为匙孔，6为连续激光，7为脉冲激光。
具体实施方式
本发明提供一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，为使本发明的技术方案更加生动、易懂，参照附图并对照实例对本发明进行详细说明。应当说明，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，辅助激光头安装在主激光头焊接运动方向前方，在焊接过程中，辅助激光头点焊和预热焊缝，在辅助脉冲激光预热焊缝的5s后，主激光头开始焊接。在焊接过程中，所有激光头的保护气管都通入保护气体。
如图2所示，沿焊接方向焊接熔池示意图，连续激光聚焦于工件表面，在焊件中产生匙孔，脉冲激光只作为焊前预热热源，这种机制可以控制焊接熔池冷却速度，有利于减少裂纹的产生。
如图3所示，垂直焊接方向焊接熔池示意图，两束连续激光间距小，在焊接熔池中产生同一个匙孔，焊接过程更加稳定，气体更容易排出，有利于减少气孔、飞溅。
如图4所示，激光束排布方式示意图，在本发明中，可以同时实现三种排布，串行式排列可以降低熔池冷却速率，减少焊缝的淬硬性倾向和气孔的产生；并行式排列可以增加光束对间隙的适应性，提高搭桥能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方案。本发明具体用途广泛，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，都可以对本发明做出许多可能的变动和修饰，因此，凡是未脱离本发明的内容，依据本发明的技术实质对具体内容进行可能的变动和修饰，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，根据其系统特征在于：包括两个脉冲激光辅助装置，其中使双激光束双侧同步焊接T型结构一侧的激光头与脉冲辅助装置为前后关系，即在T型结构的一侧有两个激光头，一个激光头为主，发出连续激光，位于辅助激光头后侧，另一个激光头为辅，发出脉冲激光，位于主激光头前侧，T型结构的另一侧激光头也同样分布，两侧呈对称关系。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，该方法步骤包括：步骤一：焊接前使用丙酮清洗焊接区域，去除表面油污，使用不锈钢刷打磨表面，清除焊接表面氧化膜，确保焊件清洁干燥，然后正确装配焊件；步骤二：对主激光头和辅助激光头的位置和角度进行调整，对焊接机器人进行示教；步骤三：开始进行双激光束双侧同步焊接，辅助激光头首先对焊件进行点焊，然后辅助激光头对焊件进行预热，预热5s后主激光头开始焊接，实现焊件的预热和焊接同时进行。
3.根据权利要求1所述的脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，在沿焊接方向上的焊缝熔池情况为：连续激光能量密度较大，聚焦于工件表面，在焊件中产生匙孔，脉冲激光能量密度较小，只作为焊前预热热源。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，在垂直焊接方向上的焊缝熔池情况为：两束连续激光间距小，两侧匙孔进行耦合，形成贯通的连续匙孔。
5.根据权利要求1所述的脉冲激光预热的双激光束双侧同步焊接系统及方法，主激光头和辅助激光头在一个焊接过程中同时实现了三种激光束排布，分别是串行式，并列式和交叉式，串行式排列即双激光束在焊缝一侧呈前后排列，并列式排列即双激光束在焊缝两侧呈对称排列，交叉式排列即双激光束在焊缝两侧呈对角排列。
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