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          幾種航空制造方面激光焊接方法及其應用

          發布時間:2017-11-27 13:48:08點擊率:

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          幾種航空制造方面激光焊接方法及其應用

          針對航空制造業的激光焊接技術,目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各種航空金屬材料的理論及應用,通過基礎理論的建立,輔以大量的試驗驗證,激光焊接技術已經成熟地應用于航空及武器裝備制造的諸多領域。下面簡單介紹幾種激光焊接方法及其應用:

          1. 單激光焊接
          按焊接熔池形成的機理區分,激光焊接可分為兩種:熱傳導焊接和激光深熔焊。這兩種方式最基本的區別在于:前者熔池表面保持封閉,而后者熔池則被激光束穿透成小孔。

          (1)熱傳導焊接
          當功率密度約為105~ 106W/cm2的激光照射在材料表面時,一部分激光被反射,另一部分光能被材料吸收轉化為熱能使焊件表面熔化,材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料 深處傳遞,形成熔池,將兩焊件熔接在一起。這種焊接模式熔深淺,深寬比較小。圖1為利用激光熱導焊為飛機某零件進行密封。
          (2)激光深熔焊
          當功率密度比較大(約為106~107W/cm2)的激光束照射到材料表面時,材料吸收光能轉化為熱能,工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化,熔化的金 屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底,使小孔不斷延伸,直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動 時,小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方,凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大,深寬比也大。在航空制造領域,除了微薄零件或特殊要求之外,一般均使用深 熔焊。圖2是采用激光深熔焊焊接的某飛機結構件。

          2. 激光-電弧混合/復合焊
          隨著激光焊接技術在工業中的成熟應用,激光焊接技術的不足之處也日漸顯露:設備投資、使用成本大,能量利用率低;對工件的焊接裝配精度要求高;對于 高反射率金屬難以實現激光焊接且容易對激光設備造成損壞;高焊接速度導致焊縫快速凝固,接頭中容易產生氣孔、咬邊缺陷,焊縫組織脆性,甚至焊接裂紋。
          為避免單激光焊接出現的問題,研究者提出了激光與電弧復合的焊接方法,其出發點是利用電弧焊接的低成本、適用范圍寬等特點輔助激光來進行焊接。激光 -電弧復合主要是激光與PAW、TIG或MIG/MAG的復合。目前,主要研究了LASER-PAW和LASER-MIG兩種復合焊接方法:

          (1)LASER-PAW復合焊接技術
          等離子弧的引弧性和穩弧性優于TIG焊,電極不易損耗,采用等離子弧與激光復合熱源(如圖3)進行焊接是一種過程很穩定的焊接技術,有利于保證焊接 質量。不需要真空系統,可以在大氣條件下進行大型中厚度零件的焊接;較高的焊接速度,降低了零件的焊接變形;焊接工藝裕度大,對于焊前零件的裝配間隙和焊 縫的對中要求可以大大降低,具有良好的實用性。圖4是LASER-PAW復合焊接飛機桶體結構模擬件。
          (2)LASER-MIG復合焊接技術
          LASER-MIG復合焊接技術是激光電弧復合焊接提出以來,研究最多、最為廣泛的一種復合焊接方法(如圖5)。MIG焊接容易使用焊絲填充焊縫, 采用激光-電弧復合焊接的方法進一步擴大拼縫間隙裕度、減少或消除焊接后接口部位的凹陷,改善焊縫形貌;此外,通過選擇不同的焊絲,還可調整焊縫的化學成分,改善力學性能。http://www.fleurruns.com/


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