[发明专利]一种厚骨架T型结构激光振荡填丝单面焊双侧成形的焊接方法

说明书

一种厚骨架T型结构激光振荡填丝单面焊双侧成形的焊接方法，本发明涉及材料加工工程领域。本发明要解决现有T型结构的焊接方法存在稳定性差，效率低，对厚骨架曲线焊缝进行焊接困难的技术问题。方法：一、处理骨架待焊端面和蒙皮待焊区域；二、放置骨架，固定；三、调整激光枪，校准；四、调整行走路径；五、装配蒙皮；六、设置激光振荡填丝焊接参数，执行焊接。本发明采用激光振荡填丝焊接通过蒙皮正面焊接达到了蒙皮背面与骨架两侧同步成形的效果，只需一次焊接即可实现骨架两侧角焊缝同步成形，达到成倍的提升焊接效率的目的，并且能确保成形过程的一致性和稳定性。本发明用于蒙皮‑骨架构成的厚骨架T型结构的复杂曲线焊缝焊接。

技术领域

本发明涉及材料加工工程领域。

背景技术

蒙皮和骨架紧密接触构成的T型结构是一种工程上常见的典型结构，骨架结构的优化设计不仅可以有效降低构件重量，实现构件的轻量化制造，该结构在一些应用领域还可显著提升构件的综合服役性能，使得以蒙皮-骨架T型结构为基础的关键构件在飞机外壳、船舶、能源装备等关键领域取得广泛应用。通过焊接方法实现蒙皮-骨架T型结构的制造依然是该类构件批量化生产的主流技术，为此，国内外的相关学者围绕蒙皮-骨架T型结构的高效优质焊接进行了大量研究工作，并开发出了一些可以直接应用的焊接技术。

这些焊接技术用到的热源种类涵盖电弧、激光，以及激光-电弧复合等，焊接工艺执行方案也大多以骨架为对称面，两个焊接热源以一定角度和方向移动到骨架两侧的待焊区域，然后对T型接头骨架待焊区域两侧的角焊缝进行两侧同步焊接。该类技术方案采用对称焊的方法在一定程度上降低了单面不对称焊接带来的焊后角变形问题，但在工艺实施过程中依然存在很多亟需改进的地方，诸如：①两热源两侧同步焊接的热输入依然较大，尺寸较薄构件焊后的角变形问题依然较为严重；②两热源同步焊接对焊接设备的要求较高，无形中提高了一次性投入成本和运营成本，同时设备集成过程中的复杂程度也会成倍增加；③两热源在骨架两侧同步焊接，每个焊接热源都有自身的工艺参数，任一热源工艺参数的扰动都会对焊接质量产生影响，工艺的鲁棒性也就相对较差；④T型结构两侧焊接时，热源以一定的角度到达待焊区域，形成液态熔池的深度方向和重力方向之间会存在一定角度，而熔池内的气泡是竖直向上移动，这就为气泡的完全逸出增加了难度，使焊缝内部存在大量气孔，影响到焊接接头的服役性能；⑤随着拓扑优化设计技术的不断推广应用，骨架结构的形状和空间分布特征也越来越复杂，骨架两侧焊接时焊枪行走过程中和骨架在空间发生干涉的问题日益凸出，已成为严重制约两侧同步焊接技术在蒙皮-骨架T型类结构中推广应用的主要因素。

另外，对于蒙皮-骨架T型结构蒙皮正面激光焊接，蒙皮背面骨架端面两侧同步成形工艺而言，骨架端面两侧焊角同步成形的均匀性和一致性是保证T型结构焊接质量关键要素，因此对工艺的工况适应能力要求极高。常规单激光焊接时获得的焊缝普遍存在焊缝熔深大、熔宽小等特点，形成深宽比大的焊缝；此外，常规单激光在材料表面辐照区域的光斑直径一般都在1mm左右，作用区域较小，这对于工件的装配要求和激光辐照区域的位置精度均提出了苛刻要求。因此，常规单激光焊接工艺并不适用于大熔宽焊缝，且对焊接工况适应能力要求较高情况下工件的焊接。结合以上分析可知，对于骨架端面厚度较大的T型结构单面焊双侧成形，常规单激光焊接极易因为激光焊接路径校准存在偏差，或焊缝熔宽不足，导致骨架端面两侧焊角未形成或焊角成形不稳定等问题。

发明内容

本发明要解决现有T型结构的焊接方法存在稳定性差，效率低，对厚骨架曲线焊缝进行焊接困难的技术问题，而提供一种厚骨架T型结构激光振荡填丝单面焊双侧成形的焊接方法。

一种厚骨架T型结构激光振荡填丝单面焊双侧成形的焊接方法，具体按以下步骤进行：

一、对骨架待焊端面和蒙皮待焊区域进行机械加工处理；骨架待焊端面厚度d₁为3～12mm；

二、采用夹具使步骤一处理骨架的待焊端面水平，然后固定；

三、调整激光束辐照区域位于骨架待焊端面的中心区域，然后移动激光焊接头进行逐点校准；