机身钛合金壁板激光焊接技术研究及应用

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1、成形技术研究REsEARcHoFFo删NGTEcH愀oGY机身钛合金壁板激光焊接技术研究及应用ResearchandApplicationofLaserWelding1陀chnologyinTitanium-AlloyFuselagePanel中航工业成都飞机设计研究所赵志远江少华周煜青[摘要】本文介绍了在机身钛合金壁板上应用的两种激光焊接技术：单激光束熔焊技术和双激光束填丝角焊接技术。从工艺原理、外观质量、内部质量、力学性能4个方面对两种技术进行了研究。与传统连接方式的对比结果验证了激光焊接技术的优越性。探讨了两种技术在工程应用中的问题，提出了解决方案。关键

2、词：激光焊接整体壁板熔焊角焊钛合金【ABSTRACTJTherearetwolaserweldingtech—nologiesintroducedinthispaper：singlelaserfusionweld-inganddoublelaser6lletwelding．Theresearchisbasedontechnologicalfundamentals，印parentquality，intemalqualityandmechanicspropenies．ItisproVedthatlaserweldingisbetterthantraditional

3、panelconnectionmode．Somesolutionsarepresentedtothetechnicaldi伍cultiesinengineeringapplicationoft、Volaserweldingtechnologies．Keywords：LaserweldingIntegratedpanelFu—sionweldingFnletweldingTitanium-aUoy激光焊接技术是20世纪60年代发展起来的先进焊接工艺，历经几次技术变革，已经形成了较完善和稳定的工艺方法⋯。相对于其他焊接方法，该技术具有加热集中、热影响区小、焊缝深宽

4、比大、焊接变形小等优势，同时具有自动化程度高、焊接速度快、控制精度高、无需真空环境等特点口J。目前已经在航空航天、武器制造、船舶汽车等领域得到应用。机身高温区壁板普遍采用比强度高、耐热性好、塑性好的钛合金制成，同时钛合金还有普通铝合金所不具备的特点——可焊性好f3】。利用这一特点，将激光焊接技术应用在机身高温区钛合金壁板所制成的整体壁板结构，具有重量轻、表面质量好、连接强度高、焊接质量稳定、生产效率高等优点。这充分适应了机身壁板大型化、整体化、轻质化的发展趋势，也满足了飞机高气动和隐身性能的要求。目前在机身钛合金壁板上得到应用的激光焊接技术主要有：单激光束熔焊

5、技术和双激光束填丝角焊技术。本文从工艺原理、外部质量、内部质量、力学性能等多角度对这两种技术进行了研究，并结合工程应用将机身钛合金激光焊接整体壁板结构与传统铆钉连接、点焊连接壁板进行了对比，分析了其优越性和存在的问题。134航空制造技术·2013年第16期1单激光束熔焊技术1．1工艺原理单激光束熔焊的原理是采用单束激光沿待焊零件之间的对缝方向移动。利用激光的高能特性，将对缝周边材料瞬间熔化，熔化的组织冷却后凝结成焊缝，从而实现两个零件的连接。在机体钛合金壁板上主要应用于不同蒙皮之间的对缝连接。焊接完成后，其焊接接头截面图如图l所示。4、引受。冬什I焊接。冬f，

6、

7、=!图1单激光束熔焊接头截面图Fig．1SectionaIView0fsingIeIaserfusionweIdingstructure1．2外观质量(1)焊缝表面形状。从图1中可以看到，单激光束熔焊后形成的焊缝截面形状是：焊缝上表面和下表面均成褶皱状，这种焊缝形式会降低焊接接头的整体静力学性能及疲劳性能，以致无法满足机身钛合金壁板的强度要求。因此必须采用修饰焊的方法对焊缝进行处理，处理后焊接接头截面形式如图2所示。(2)焊缝余高与宽度。焊缝最高点与零件外形之间的距离称为余高，图2焊饰后的焊缝图2修饰后的熔焊接头截面图Fig．2SectjOna『ViewOf

8、embel

9、ishedfusionweIdingstructureREsEARcHoFFoRMlNGTEcH愀oGY成形技术研究中墨和恐即是焊缝的正面和背面余高。合适大小的余高能增加焊缝连接强度，但影响蒙皮表面质量。为满足机体壁板表面的气动和隐身要求，须对余高进行打磨。焊缝在蒙皮表面上所表现出来的宽度称为焊缝宽度，图2中B，和B：即是焊缝的正面宽度和背面宽度。焊缝宽度过宽或过窄均会降低焊接接头的力学性能。为此焊接机身壁板时需通过调整焊接参数，对其进行严格控制。1．3内部质量焊缝常见的内部质量缺陷有气孔和夹杂两种形式，这两种缺陷会大幅降低焊缝的力学性能，缩短使用

10、寿命。若从缺陷处萌生裂纹，向蒙皮扩展，