一种t型接头双侧激光扫描焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种Τ型接头的激光焊接方法。
【背景技术】
[0002]Τ形接头是一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，这是一种用途仅次于对接接头的接头形式。在汽车、飞机等轻量化结构以及航天、核能等重要设备制造生产中需要大量的Τ型焊缝，其联结方式包括铆接、粘接和焊接；相对于铆接和粘接，焊接生产效率高，是包括Τ型接头在内的各种结构连接的最主要的方法，而铆接和粘接仍然用于一些难以焊接或者传统焊接方法不能满足要求的材料和结构的连接。
[0003]Τ型接头形式较复杂且多样性，且对焊接质量要求较高，针对Τ型接头的焊接还未形成一种特定可靠高效的焊接方法。现有Τ型焊缝焊接方法中多采用填充焊丝的激光焊接方式在接头两侧同步施焊，其缺点在于激光光斑直径小，热作用区域小，采用填充焊丝的激光焊接对焊丝指向性和焊接工艺要求极为严格，激光焊接质量有赖于焊丝的对准精度，焊丝送进过程的任何干扰会立即导致焊缝缺陷的产生，易出现焊瘤、凹坑、焊丝未熔入等缺陷，导致接头未熔合的现象，同时在焊缝底部容易产生气孔，影响焊接质量。
[0004]激光自熔焊操作过程方便，易于实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高，并且无需添加焊丝，焊接过程稳定性及重复性明显优于填充焊丝的激光焊接方式。
[0005]近年来，随着激光器的工业化程度提高及新型激光加工方式出现，新型的激光焊接技术在工业领域的应用可行性研究和应用速度快速提高。激光焊接方法也不仅仅是指单一激光束焊接，采用双光束焊接方式可以降低激光焊接接头装配精度的要求，但双光束焊接方式的工业应用仍具有较大局限性；最新激光扫描焊接方式的出现，进一步拓展了激光焊接技术的发展，使其应用于Τ型接头焊缝的连接可实现其激光自熔焊接，这种焊接方式可以成为大型复杂结构件中τ型接头精密焊接的首要选择。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决厚板焊接过程中存在的填丝困难及熔滴过渡不稳定的问题，而提供一种Τ型接头双侧激光扫描焊接方法。
[0007]本发明的一种Τ型接头双侧激光扫描焊接方法按以下步骤进行:
[0008]—、确定焊脚尺寸Κ/Η:根据桁条立板和蒙皮平板的板厚以及焊缝实际需求确定不同的焊脚尺寸Κ/Η，所述的焊脚尺寸Κ/Η为1?2.5 ;
[0009]二、加工桁条立板:将桁条立板加工成由上部直板与底部四棱柱构成的一体结构板；底部四棱柱的横截面为等腰梯形，桁条立板板厚Di等于底部四棱柱所在等腰梯形的上底长；其中步骤一中所述的焊脚尺寸K等于等腰梯形的上底长与下底长之差的一半，步骤一中所述的焊脚尺寸Η等于步骤一中所述的等腰梯形的高；
[0010]三、安装定位:将步骤二中的桁条立板立于蒙皮平板之上，桁条立板的底部四棱柱与蒙皮平板相接，得到Τ型接头；
[0011]四、双侧激光扫描焊接:①分别通过光纤将两台激光器发出的第1激光束和第2激光束传输到激光器上的加工头，然后将完全相同的激光扫描加工头镜像设置于待焊T型接头中桁条立板的两侧，第1激光束入射角度a 20?45°，第2激光束入射角度α 2等于第1激光束入射角度α 1;②通过激光扫描系统控制第1激光束和第2激光束在垂直于焊缝方向上摆动扫描，扫描宽度为焊缝宽度L，所述的焊缝宽度L等于步骤二中所述的等腰梯形的腰长；③将第1激光束扫描一侧的扫描宽度划分为1?η个等距的区间，命名为区间11?ln，区间11?In上的实际激光功率依次为功率Pn?Ρ ln，功率Pn?P ^为最大输入功率的0?100%，第η个区间上的实际激光功率Pln为输入最大功率的100%，且Pln至Pn等差递减；④将第2激光束扫描一侧的扫描宽度划分为1?η个等距的区间，命名为区间21?2η，区间21?2η上的实际激光功率依次为功率P21?Ρ 2n，功率P21?P 2?为最大输入功率的0?100%，第η个区间上的实际激光功率P2n为输入最大功率的100%，且P2n至P21等差递减；所述的第1激光束扫描一侧的扫描宽度划分的等距的区间的个数与第2激光束扫描一侧的扫描宽度划分的等距的区间的个数相等，且Pln= P 2n。
[0012]本发明有益效果:
[0013]1、本发明方法根据不同板厚及焊接结构中T型焊缝实际需求设计出不同的焊脚尺寸K/H ;焊脚尺寸K/H不应过小，焊脚尺寸太小，焊接热量小，冷却过快，焊件越厚，冷却越快，导致焊缝变脆，容易产生裂纹；焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大，对于较薄的焊件容易焊穿。
[0014]2、本发明的方法方便薄板T型接头安装及定位，同时可根据焊接结构实际需求控制焊缝形貌，以便获得具有较高使用性能的优质焊缝，同时可避免T型接头实际焊接中需要填充焊丝或粉末的过程，即将常规的T型接头焊接中激光填丝/填粉焊接方法合理地转变成激光自熔焊接方法，可降低对设备操作过程精度高要求，焊接过程方便且重复性高，易于实现机械自动化，能耗低，效率高，适用于薄板或中厚板T型接头的焊接。
[0015]3、本发明方法通过激光扫描系统激光束实现在不同扫描宽度区间内高频摆动，且可以实现对区间内不同位置所需激光功率大小进行精确调节，实现激光束功率大小近似连续调节，使激光束的能量能够合理分配与利用，增加激光对不同尺寸的T型接头适应性，拓展了激光焊接技术应用领域。
[0016]4、设计满足使用要求的T型接头形式，利用激光自熔焊接取代常规的T型接头填充焊丝或粉末方式的激光焊接，焊接过程容易实现及控制，易于T型接头蒙皮与桁条之间定位及固定，操作简单方便。
[0017]5、激光束以在焊接过程中高速往复运动，能起到束流搅拌熔池作用，熔池流动加强，可以减少气孔缺陷、未熔合缺陷，同时焊缝成分更加均匀，可以细化晶粒提高焊缝综合性能。
[0018]6、在T型接头两侧同步施焊，保证焊缝两侧同步冷却，可有利于避免产生焊缝收缩变形，提高了焊接质量和焊接效率。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的一种T型接头双侧激光扫描焊接方法的示意图；其中1为桁条立板、2为蒙皮平板、3为高频扫描激光束、4为聚焦镜、5为表面镀银摆动反射镜、6为扫描系统、7为准直透镜、8为黄色光纤、9为激光束扫描方向、10为焊接方向、11为焊缝；
[0020]图2为本发明所述T型接头示意图；其中K为焊角尺寸、Η为焊角尺寸、L为扫描宽度/焊缝宽度；
[0021]图3为本发明的一种Τ型接头双侧激光扫描焊接方法在焊接过程中激光功率调节示意图；其中11?In为第1激光束扫描一侧的扫描宽度划分的η个等距区间、21?2η为第2激光束扫描一侧的扫描宽度划分的η个等距区间、Ρη?Ρ 1η为第1激光束在扫描区间内不同位置处的实际激光功率、P21?Ρ 2n为第2激光束在扫描区间内不同位置处的实际激光功率、L为扫描宽度/焊缝宽度；
[0022]图4为本发明的一种T型接头双侧激光扫描焊接方法焊接后焊缝形貌示意图；
[0023]图5为试验一焊接过程示意图；其中K为焊角尺寸、Η为焊角尺寸、Di为桁条立板厚度、D2为蒙皮平板厚度、α 1为第1激光束入射角、α 2为第2激光束入射角；
[0024]图6为试验一焊接后焊缝形貌示意图；
[0025]图7为试验二焊接过程示意图；其中Κ为焊角尺寸、Η为焊角尺寸、Di为桁条立板厚度、D2为蒙皮平板厚度、α 1为第1激光束入射角、α 2为第2激光束入射角；
[0026]图8为试验二焊接后焊缝形貌示意图；
[0027]图9为试验三焊接过程示意图；其中Κ为焊角尺寸、Η为焊角尺寸、Di为桁条立板厚度、D2为蒙皮平板厚度、α 1为第1激光束入射角、α 2为第2激光束入射角；
[0028]图10为试验三焊接后焊缝形貌示意图；
【具体实施方式】
[0029]【具体实施方式】一:本实施方式的一种Τ型接头双侧激光扫描焊接方法按以下步骤进行:
[0030]一、确定焊脚尺寸Κ/Η:根据桁条立板和蒙皮平板的板厚以及焊缝实际需求确定不同的焊脚尺寸Κ/Η，所述的焊脚尺寸K/Η为1?2.5 ;
[0031]二、加工桁条立板:将桁条立板加工成由上部直板与底部四棱柱构成的一体结构板；底部四棱柱的横截面为等腰梯形，桁条立板板厚Di等于底部四棱柱所在等腰梯形的上底长；其中步骤一中所述的焊脚尺寸K等于等腰梯形的上底长与下底长之差的一半，步骤一中所述的焊脚尺寸Η等于步骤一中所述的等腰梯形的高；
[0032]三、安装定位:将步骤二中的桁条立板立于蒙皮平板之上，桁条立板的底部四棱柱与蒙皮平板相接，得到Τ型接头；
[0033]四、双侧激光扫描焊接:①分别通过光纤将两台激光器发出的第1激光束和第2激光束传输到激光器上的加工头，然后将完全相同的激光扫描加工头镜像设置于待焊Τ型接头中桁条立板的两侧，第1激光束入射角度a 20?45°，第2激光束入射角度α 2等于第1激光束入射角度α 1;②通过激光扫描系统控制第1激光束和第2激光束在垂直于焊缝方向上摆动扫描，扫描宽度为焊缝宽度L，所述的焊缝宽度L等于步骤二中所述的等腰梯形的腰长；③将第1激光束扫描一侧的扫描宽度划分为1?η个等距的区间，命名为区间11?ln，区间11?In上的实际激光功率依次为功率Pn?Ρ ln，功率Pn?P ^为最大输入功率的0?100%，第η个区间上的实际激