[发明专利]一种用于三层结构激光焊夹紧和背面保护的装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于三层结构激光焊夹紧和背面保护的装置及方法，装置包括两组偏心铜管，铜管外径Φ8mm，内径Φ3mm，内外圆偏心距为1mm，盲孔结构；在铜管凸出一侧沿长度方向开有三排孔径为Φ2mm的溢气孔，相邻两排溢气孔沿周向成65°夹角，纵向孔间距40mm，分布于长度方向的中间区域。使用该保护夹紧装置焊接时，按照一定的角度和方向旋转两组铜管即可实零件夹紧，确保焊件之间的间隙均匀一致。旋转铜管夹紧焊件的同时，将氩气通入到夹紧装置中并持续通气，在焊缝背面形成局部氩气环境，隔离空气进入，保证熔融和高温金属免受氧化，达到保护焊缝背面的目的。

技术领域

本发明涉及激光焊接加工领域，尤其涉及一种用于三层结构激光焊夹紧和背面保护的装置及方法。

背景技术

随着航空器性能的持续提高，不仅仅仅要求航空器更加安全可靠，也提出了轻量化、耐腐蚀、长寿命和低成本等要求，因此航空器大量使用了轻质材料制造。其中的代表产品是燃油系统中的过载油箱、侧滚壳体和外溢油管等，均采用超薄壁(0.5mm)不锈钢激光焊接技术制造，满足飞行器在任意姿态、任意过载和任意气候下，可以稳定且足量的油量供给和及时切断。

燃油系统中典型的接头形式是三层“T”型不锈钢结构，激光束从接头正面一次熔化三层不锈钢组件，形成强度系数超过0.9的焊接接头。由于系统需要在大过载服役环境下运行，流量控制精密，整体结合强度高，要求装配间隙全程小于等于0.05mm、焊缝达到航空一级要求(HB5363)、焊缝反面(油箱内部)不得出现氧化皮渣和变色等缺陷。

为了保证燃油系统的强度和质量，摈弃了传统的机械连接和氩弧焊，采用能量密度更高、接头质量好的激光焊接技术制造燃油系统。由于不锈钢材料自身的特点，在大气环境下焊接不锈钢材料时，必定氧化熔覆金属、污染接头表面，导致焊缝性能降低、接头正反面出现氧化皮渣和变色的情况。恶化的接头性能无法满足强度要求，导致燃油系统漏油或者崩溃。脱落的氧化皮渣汇入航空燃油，进入输油管路系统，阻塞油路，覆盖过滤网，导致流量不足、流速紊乱，严重影响航空器的正常运行。由于激光束的光斑直径仅有0.18mm～0.28mm，焊接行走设备的横摆误差为±0.1mm，要求焊前装配间隙不得大于0.05mm。

目前工程上使用的不锈钢激光焊接夹紧和背面保护装置，是采用不同的设施完成的，压紧方式分为分节琴键和整体螺钉式。没有将夹紧和保护功能融合到一体上，也不适用于三层结构的焊接，具有三个难以克服的缺点。

1)、工件内部空间狭小，不能同时排布夹紧与气体保护装置；

2)、采用螺钉夹紧时，无法牢靠夹紧工件内部区域，中间部分的螺钉与扳手产生干涉无法操作；

3)、夹紧时需逐一锁紧螺钉，甚至需要调试锁紧螺钉的先后顺序，才能保证需要的工件紧密贴合，生产效率低，要求人员技能和经验高，影响焊接质量的稳定性。

因此，在不锈钢激光焊接过程，保证焊前间隙小于等于0.05mm、焊接过程中金属不受氧化，是完成燃油系统焊接的关键。如何解决薄壁类零件激光焊接时，工件的背面夹紧和背面保护，并且保证焊缝质量的稳定，成为彻底解决激光焊接问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于三层结构激光焊夹紧和背面保护的装置及方法，以解决上述技术问题，为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种用于三层结构激光焊夹紧和背面保护的装置，包括两组偏心铜管，铜管外径Φ8mm，内径Φ3mm，内外圆偏心距为1mm，盲孔结构；在铜管凸出一侧沿长度方向开有三排孔径为Φ2mm的溢气孔，相邻两排溢气孔沿周向成65°夹角，纵向孔间距40mm，分布于长度方向的中间区域。

一种用于三层结构激光焊夹紧和背面保护的方法，包括如下步骤：

步骤1、焊接时将要焊接的工件装夹在偏心铜管中间，并预先向铜管中通氩气2分钟，流量为5升/分钟；