[发明专利]一种基于自动铺粉的大厚度钛合金窄间隙激光焊接装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接装置与方法，设备主要包括导轨运动系统、粉末分发装置、密闭氩气箱、控制系统和激光焊接设备。其中，导轨运动系统包括X向导轨、Y向导轨、驱动机构及滑台。粉末分发装置与滑台固连，利用导轨系统实现在水平面内的移动，从而达到送粉、铺粉的目的。此外，氩气箱箱体顶部为低反射玻璃，可为钛合金焊接过程提供封闭的氩气环境，实现了在保护气体环境下的激光焊接。本发明解决了大厚度钛合金窄间隙激光填粉焊接的工艺方法问题，提供了完整的工艺解决方案，焊后可获得无缺陷焊接接头，进一步提高了大厚度钛合金窄间隙激光焊接技术在航空领域的应用。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种大厚度钛合金窄间隙激光焊接技术，特别是涉及一种基于自动送粉与铺粉的钛合金窄间隙激光焊接装置与方法。

背景技术

随着航空工业的迅速发展，厚板钛合金的应用日益增长。窄间隙激光焊接工艺兼具窄间隙焊和激光焊接的优点，被认为是最适用于大厚度、中厚度钛合金板材的连接方法。该工艺对生产条件要求低、适应性强，具备较高的自动化程度，可获得成形良好的焊缝。窄间隙激光焊接一般采用填粉或填丝的方式填充坡口，粉末和焊丝的填入可弥补母材金属的蒸发和烧损，有效抑制焊后焊缝不连续、塌陷、咬边等问题。此外，与填丝焊相比，由于金属粉末具有更大的比表面积，激光填粉焊接工艺可大大提高对激光能量的吸收率。得益于自身的独特优势，窄间隙激光填粉焊接具有良好的发展前景。

由于激光焊接的热输入大，焊接熔池温度高，焊接过程中需对焊缝以及局部母材进行必要的保护。在焊接高温条件下，TC4钛合金极易产生吸氢、吸氧，导致焊接接头脆化严重。实际焊接过程，对钛合金焊接熔池以及热影响区的保护尤为重要。送粉式窄间隙激光填粉焊接是利用额外的送粉器将金属粉末吹入，金属粉末在高能激光束的照射下瞬间熔化，实现焊缝的填充。一方面，由于窄间隙焊接坡口较小，难以将粉末送入，极易造成金属粉末的浪费；另一方面，在施焊过程中对高温焊缝区的有效保护成为了亟待解决的难题，焊后焊缝成形情况并不理想。

发明内容

为解决上述问题，本文提出了一种封闭环境下基于自动送粉及铺粉的厚板钛合金窄间隙激光焊接方法。在纯氩的封闭环境中，无需人工操作，配合自动送粉铺粉装置，实现对中厚板以及大厚板的窄间隙焊接。焊接过程中，无需额外的保护气装置和送粉设备，亦可获得良好成形的焊缝。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于自动铺粉的大厚度钛合金窄间隙激光焊接装置与方法，包括下述步骤：

一种基于自动铺粉的大厚度TC4钛合金窄间隙激光焊接装置，包括导轨运动系统、金属粉末分发装置、密闭氩气箱、控制系统以及激光焊接设备，其特征在于：

(1)导轨运动系统：由2条Y向导轨、1条X向导轨、传动机构以及驱动机构组成。传动机构包括主动轮、传动轮、同步带以及滑台，驱动机构即伺服电机，电机工作时，主动轮驱动传动轮转动。X向导轨两端分别悬挂于两侧的Y向导轨，两条Y向导轨固定于箱体壁，外设的两组驱动机构共同配合，实现X向导轨在Y-方向上的移动。X向导轨外设的驱动机构则驱动滑台，实现其沿X-方向移动。

(2)粉末分发装置：包括送粉头、刮刀及铺粉辊，金属粉末送入窄间隙坡口后，由刮刀铺平，并由铺粉辊压实。粉末分发装置与滑台固连，依托导轨系统在水平面内的运动，从而实现在窄间隙坡口的送粉、铺粉。

(3)密闭氩气箱与控制系统：氩气箱为气密性良好的封闭箱体，顶部安装有透明低反射玻璃，内部设有可自动升降的装夹平台，用于焊接过程中固定钛合金板材。导轨运动系统、粉末分发装置以及可升降装夹平台均与控制器相连，总控制面板集成于氩气箱体壁，可实现对内部装置的控制。

进一步地，送粉口侧壁安装有振动器，随送粉口打开而启动，避免送粉过程中出现卡粉的情况，送粉结束随即关闭。

进一步地，密闭氩气箱的进气口位于箱体下部，并通过气管、快插与高纯氩气瓶连接，出气口位于箱体上部，随着氩气的通入，可将箱体内部的空气逐渐排出。