专利名称：一种薄板t型接头的激光-电弧复合焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种薄板T型接头的激光-电弧复合焊接方法，属于激光材料 加工技术领域。
背景技术：
在航空航天，船舶，高速列车工业中，为实现结构轻量化，以实现减轻 重量，降低能耗，节约材料消耗，以T型接头为代表的蒙皮与骨架组成的焊 接结构设计成为主流技术之一，并已成功应用于大尺寸构件中。
激光焊接技术以工艺可靠，低变形与柔性化的特点，成为该类结构连接 最具技术和经济优势的加工手段，并成功替代了传统的铆接工艺。例如，在 空壳A340飞机上，机身蒙皮与内支撑梁组成的T型接头采用激光焊接技术取 代传统的铆接技术，不仅使飞机重量减轻15%，同时生产效率显著提高。另外 德国的Mayer船厂已将激光焊接技术应用于T型结构"三明治"船板的焊接 中，使结构减重最大高达40%。
目前对于薄板T型接头的激光焊接主要有以下几种方法(1)采用单激 光束从筋板两侧顺序分别施焊，这种方法焊接工艺要求严格，焊接效率低， 应力变形不易控制，焊后矫正工作量非常大，在实际应用中有很大的局限性。 (2)利用两束激光分别从T型接头筋板两侧同步施焊，该方法与第一种方法 相比，虽然可以提高焊接效率，焊接应力变形可控，但同样对筋板和底板的 装配精度要求较高，焊接工艺要求相当严格，此外，需要两台激光器协同工 作或者一台高功率激光器采用分光镜分束，并分别聚焦后进行焊接，导致焊 接成本急剧增加。另外随工业应用扩展， 一些T型接头焊接受结构、尺寸限 制，不能从筋板侧焊接，对于这类结构只能从底板顶面焊接，上述两种焊接 方法就无能为力了。 (3)采用激光束从T型接头的底板顶面进行穿透焊接， 这种方法可以实现T型结构从底板上方焊接，但对T型接头底板与筋板对接 装配间隙要求很高， 一般要求为零间隙。另一方面，筋板和底板连接处焊趾 熔合不好，存在较大的应力集中，同时搭接面焊缝截面较小，焊缝剪切强度低。特别重要的是这种方法时，在焊缝根部的形成气孔几乎不能克服，如附图1所示，影响焊接质量。
总之，采用上述激光焊接方法虽然可以进行薄板T型接头的焊接，但都
不同程度的存在着焊接效率低，应力变形不易控制，对装配精度要求高，工艺要求严格，焊缝剪切强度低，以及焊接成本较高等问题，特别是对于尺寸较大的T型接头，这些问题显得尤为突出。
发明内容
本发明的目的在于针对航空航天工业中广泛应用的薄板T型结构，采用激光-电弧复合焊接技术，开发一种从底板顶面焊接的激光焊接方法。解决目前对T型接头双光束从筋板两侧对称焊接时的结构限制问题以及采用单一激光
从背板穿透焊时，筋板与底板连接处焊趾的过渡不圆滑以及焊缝根部气孔不能消除的问题，同时提高焊接效率，降低焊缝装配间隙要求。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。该方法在焊接时，激光束7从底板2的顶面入射，电弧6相对激光束7旁轴布置于激光束7的前方或后方，激光束7和电弧6组成的复合热源作用于筋板1正上方，其中激光束7、电弧6及筋板1布置在一个平面内，从T型接头底板2侧完成深熔焊接。本方法也可以添加填充焊丝10，其中焊丝10与电弧6相对于激光束7相向布置。
所述的电弧6为TIG电弧或等离子弧。所述的激光束7为C02激光、YAG激光或光纤激光。
本发明的优点是采用复合热源从T型接头的底板侧进行穿透焊接，实现T型接头的一次焊接成型，不受工件结构和尺寸的限制，可以实现三维焊接。第二，由于激光和电弧的相互作用，焊接过程稳定性可以明显改善，消除了单纯激光焊接时小孔根部的气孔问题，同时可以提高焊接速度。第三，由于电弧的加热区域大，熔池较宽，改善了T型接头底板和筋板处的焊趾过渡情况，实现了均匀的圆滑过渡。第四，对于间隙过大的接头可以采用填充焊丝，改善焊缝表面的成型。
T型接头的激光-电弧复合焊接方法，焊接工艺简单，设备成本低，焊接
4效率高，可以实现三维焊接，同时解决了激光焊接时的难易克服的气孔问题，同时获得连接处焊趾圆滑过渡的焊接接头。这对于焊缝成型要求严格的特殊应用领域以及结构超大构件的T型接头焊接具有较大的经济和技术意义。
图1 :采用单激光从底板顶面焊接的T型接头横截面及纵截面2:本发明具体实施方式
的复合焊接装置示意3:本发明采用填充焊丝的实施方式示意4:采用本发明方法的焊接效果
图中1、筋板，2、底板，3、焊缝，4、焊炬喷咀，5、钨极，6、
电弧，7、激光束，8、等离子体，9、送丝咀，1 0、焊丝。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明实施例1:
本实施例的实施方式参见附图2，本实施方式采用C02激光-T I G电弧复合热源从T型接头底板2顶面实现焊接，其中激光束7从底板2的顶面垂直入射，TIG电弧6相对激光束7旁轴布置于激光束7的后方，电弧6与底板顶面的夹角为45。，激光束7和电弧6组成的复合热源作用于筋板1正上方，从T型接头底板2侧完成深熔焊接。焊接时，激光束7、电弧6及筋板1布置在一个平面内。
其中筋板1和底板2为2mm厚的不锈钢板，采用的激光器为DC035 SlabC02激光器，TIG电源直流正接。焊接工艺参数为激光功率2000W，电弧电流130A，焊接速度2m/min，保护气为25L/min的He气。图4为本发明的焊接效果。焊接接头成型良好，筋板1和底板2连接处焊趾过渡均匀，圆滑，解剖焊缝未见气孔、裂纹等缺陷，较好的解决了图1中激光焊接时的气孔问题。实施例2:
本实施例与实施例1的方法基本相同，不通之处仅在于本方法在焊接时，添加了填充焊丝10，参见附图3。其中焊丝10与电弧6布置在激光束7的两侧，并且焊丝IO、激光束7、电弧6及筋板1布置在一个平面上。
权利要求
1、一种薄板T型接头的激光-电弧复合焊接方法，其特征在于焊接时，激光束(7)从底板(2)的顶面入射，电弧(6)相对激光束(7)旁轴布置于激光束(7)的前方或后方，激光束(7)和电弧(6)组成的复合热源作用于筋板(1)正上方，其中激光束(7)、电弧(6)及筋板(1)布置在一个平面内，从T型接头底板(2)侧完成深熔焊接。
2、 根据权力要求1所述的一种薄板T型接头的激光-电弧复合焊接方法，其 特征在于添加填充焊丝(10)，填充焊丝(10)与电弧(6)相对于激光束(7)相向布置。
3、 根据权利要求1或权利要求2所述的一种薄板T型接头的激光-电弧复合 焊接方法，其特征在于所述的电弧(6)为TIG电弧或等离子弧。
4、 根据权力要求1或权利要求2所述的一种薄板T型接头的激光-电弧复合 焊接方法，其特征在于激光束(7)为C(V激光、YAG激光或光纤激光。
全文摘要
本发明涉及一种薄板T型接头的激光-电弧复合焊接方法，属于激光材料加工技术领域。本发明采用激光-电弧复合热源，从底板侧完成T型接头的焊接，激光束从底板的顶面入射，电弧相对激光束旁轴布置于激光束的前方或后方，复合热源从T型接头底板侧完成深熔焊接。采用本发明焊接的接头焊缝成型良好，筋板和底板连接处焊趾过渡均匀、圆滑，解剖焊缝未见气孔、裂纹等缺陷。本发明充分利用了复合热源的特点，在激光-电弧的相互作用下，焊接过程稳定性明显改善，焊接效率提高，并可降低焊接变形。
文档编号B23K28/02GK101474727SQ20091007701
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者吴世凯, 杨武雄, 肖荣诗, 铠 陈 申请人:北京工业大学