专利名称：T型结构件双激光-电弧复合焊接方法
技术领域：
本发明属于材料工程技术领域，涉及ー种焊接方法，特别涉及ー种T型结构件的复合焊接方法。
背景技术：
T型结构件是ー种由肋板与壁板相互结合形成的典型结构件，由于肋板对于壁板具有良好的支撑与加强作用，进而能够显著提高减重效果和综合使用性能，因此T型结构件在飞机、船舶等大型运输装备制造领域得到广泛应用。目前船舶制造领域中T型结构件通常采用电弧焊方法在肋板两侧进行角焊缝焊接，由于电弧焊接速度较慢，焊接热输入大，导致焊接效率较低，焊接变形控制困难。近年来国内研究学者陆续开发出了系列新型T型结构件焊接方法，包括大型T型接头全熔透組合焊接エ艺(中国发明专利申请200710038432. 1)、T型接头的激光-双电弧双面复合焊接方法(中国发明专利200810064589. 6)、ー种薄板T型接头的激光-电弧复合焊接方法(中国发明专利申请200910077012. 3)。上述这些焊接方法均是通过热源加热壁板及肋板，使壁板和肋板完全熔透，进而实现肋板与壁板之间的良好连接。随着大飞机、高技术船舶等高端制造业的快速发展，近年来对于T型结构件的制造提出了更高要求，特别是在大飞机整体壁板及高技术船舶上层建筑等关键大尺寸薄壁T 型构件制造过程中，既要减小焊接变形，实现肋板与壁板之间的优质高效焊接，又要不熔透薄壁板，尽可能的减少对于壁板热损伤，因此亟需开发具有低热输入、高效率的新型T型结构件焊接方法。
发明内容
鉴于现有技术所存在的不足，本发明旨在公开ー种T型结构件双激光-电弧复合焊接方法，采用两组激光-电弧复合焊接系统同时在肋板与壁板所形成的对称角焊缝上进行焊接，利用激光-电弧复合焊接所具有能量梯度可控、高速焊接稳定性好等特点，实现T 型结构件的高速、低热输入焊接，特别适合薄壁T型结构件的高效制备。本发明的技术解决方案是这样实现的—种T型结构件双激光-电弧复合焊接方法，包括如下步骤首先，将T型结构件壁板与肋板利用点焊或エ装夹具垂直固定，保持两者接触的间隙不大于2mm ；继而，在T型结构件的肋板两侧同时采用激光-电弧复合焊枪进行焊接；两组激光-电弧复合焊接热源采用ー个焊接控制系统同时触发，在相同焊接速度下，完成T型结构件焊接；焊接过程中，保持两组激光-电弧复合焊接设备以肋板为镜面对称结构，激光与电弧在ー个平面内，其中激光光束与肋板夹角α为30 75°范围内可调，激光入射点与壁板之间的高度a在不大于IOmm的范围内可调；激光光束与电弧轴线方向夹角β为30 60°范围内可调；激光光斑直径0. 2mm-2mm，激光平均输出功率为400W-6000W ；焊接电弧平均电流为50A-400A，电弧电压为10V-36V ；激光与电弧焊丝之间的距离，即光丝间距d为 0. 5 5mm ；焊接速度为0. 5_5m/min。具体的，两组激光电源选用(X)2激光、YAG固体激光、光纤激光器或者半导体激光器；电弧焊接方式采用钨极氩弧焊(TIG)或熔化极电弧(MIG或MAG)焊接方法，电弧熔滴过渡方式为冷金属过渡。本发明通过调节激光光束与肋板的夹角，利用激光对电弧的吸引和压缩作用，一方面能够调整肋板与壁板之间角焊缝焊接热输入以及角焊缝熔池的形状及尺寸，降低对壁板的热损伤；另一方面激光与电弧作用能够提高电弧的稳定性，实现高速焊接以及填充材料的连续稳定过渡，进而提高焊接效率。本发明方法具备高速、低热损伤以及焊接变形可控等优点，能够满足飞机以及高技术船舶T型结构件的制备需求。
图1是双激光-电弧复合焊接装备正视图；图2是双激光-电弧复合热源焊枪侧视图。图中，1、肋板，2、电弧焊枪，3、激光光束，4、焊接熔池，5、壁板；α是激光-电弧复合焊枪与肋板之间的夹角，β是激光与电弧焊枪之间的夹角，a是激光入射点距离壁板的高度，d是光丝间距。
具体实施例方式实施例12mm厚6061铝合金T型结构件双激光-电弧复合焊接エ艺针对2mm厚6061铝合金T型结构件，采用双脉冲激光-TIG电弧复合热源焊接方法进行焊接，其中肋板尺寸为500mmX50mmX2mm，壁板尺寸为500mmX 150mmX 2mm，其中焊丝材料为Φ1. 2mm的铝合金焊丝，具体焊接过程如下首先按照具体的T型结构件制造需求，将肋板与壁板之间在试件的两个端部点焊连接起来。然后采用エ装卡具将壁板与工作台之间压紧。采用龙门式双激光-电弧复合热源焊接装备对T型结构件进行焊接。两个复合焊枪之间的夹角为140°，单个焊枪与肋板之间的夹角为70°。其中激光作用点处于肋板上，距离壁板上表面距离为0.7mm。试验中电弧是TIG添丝电弧，电弧在前激光在后，电弧与激光作用在同一条直线上。激光-电弧复合焊接參数如下TIG焊接參数平均电流120A，电压12V ；激光焊接參数激光功率800W，激光光斑大小0. 7mm ；焊接速度2m/min ；光丝间距1_。在焊接试件的前端添加了 IOmm长的引弧板，然后通过龙门架控制两把复合焊枪同时运行，通过激光-电弧复合焊接触发控制系统，实现两个复合焊枪的同时触发控制，即二者共同开始进行复合焊接，并最终同时结束。采用上述方法成功实现了 500mm长6061铝合金T型结构件的优质高效焊接。焊后铝合金肋板与壁板之间仍然保持垂直，壁板及肋板未见明显变形。实施例22mm厚不锈钢(0Crl8Ni9Ti) T型结构件双激光-电弧复合焊接エ艺针对2mm厚不锈钢板材T型结构件采用双激光-MAG电弧复合热源方法进行焊接。其中肋板尺寸为500mmX50mmX2mm，壁板尺寸为500mmX 150mmX2mm，其中焊丝材料为 Φ 1. 2mm的不锈钢焊丝，具体焊接过程如下首先按照具体的T型结构件制造需求，将肋板与壁板之间在试件的两个端部两侧均进行点焊连接。然后采用エ装卡具将壁板与工作台之间压紧。采用龙门式双激光-电弧复合热源焊接装备对T型结构件进行焊接。两个复合焊枪之间的夹角为150°，单个焊枪与肋板之间的夹角为75°。其中激光作用点处于肋板上，距离壁板上表面距离为0. 5mm。试验中电弧是MAG冷金属过渡焊接电弧，电弧在前激光在后，电弧与激光作用在同一条直线上。 激光-电弧复合焊接參数下MAG焊接參数平均电流130A，电压^V ；激光焊接參数激光功率1700W，激光光斑大小0. 6mm ；焊接速度lm/min ；光丝间距2_。在焊接试件前端添加了 15mm长的引弧板，然后通过龙门架控制两把复合焊枪同时运行，通过激光-电弧复合焊接触发控制系统，实现两个复合焊枪的同时触发控制，即ニ 者共同开始进行复合焊接，并最终同时结束。采用上述方法成功实现了 500mm长不锈钢T 型结构件的优质高效焊接。焊后不锈钢肋板与壁板之间仍然保持垂直，肋板及壁板无变形。实施例35mm厚铝合金(Al-Cu-Li) T型结构件双激光-电弧复合焊接エ艺针对5mm厚铝合金板材T型结构件采用双激光-MAG电弧复合热源方法进行焊接。其中肋板尺寸为500mmX50mmX5mm，壁板尺寸为500mmX 150mmX4mm，其中焊丝材料为 Φ 1. 6mm的铝合金焊丝，具体焊接过程如下首先按照具体的T型结构件制造需求，将肋板与壁板之间在试件的两个端部两侧均进行点焊连接。然后采用エ装卡具将壁板与工作台之间压紧。采用龙门式双激光-电弧复合热源焊接装备对T型结构件进行焊接。两个复合焊枪之间的夹角为140°，单个焊枪与肋板之间的夹角为70°。其中激光作用点处于肋板上，距离壁板上表面距离为0. 6mm。试验中电弧是MAG冷金属过渡焊接电弧，电弧在前激光在后，电弧与激光作用在同一条直线上。 激光-电弧复合焊接參数下MIG焊接參数平均电流150A，电压32V ；激光焊接參数激光功率3100W，激光光斑大小0. 8mm ；焊接速度3m/min ；光丝间距1. 5謹。在焊接试件的前端添加了 IOmm长的引弧板，然后通过龙门架控制两把复合焊枪同时运行，通过激光-电弧复合焊接触发控制系统，实现两个复合焊枪的同时触发控制，即二者共同开始进行复合焊接，并最终同时结束。采用上述方法成功实现了 500mm长铝合金的T型结构件的优质高效焊接。焊后铝合金肋板与壁板之间仍然保持垂直，壁板及肋板未见明显变形。实施例44mm厚钛合金(TC15) T型结构件双激光-电弧复合焊接エ艺针对4mm厚钛合金板材T型结构件采用双激光-TIG电弧复合热源方法进行焊接。其中肋板尺寸为500mmX50mmX4mm，壁板尺寸为500mmX 150mmX4mm，其中焊丝材料为Φ 1. 6mm的钛合金焊丝，具体焊接过程如下首先按照具体的T型结构件制造需求，将肋板与壁板之间在试件的两个端部两侧均进行点焊连接。然后采用エ装卡具将壁板与工作台之间压紧。采用龙门式双激光-电弧复合热源焊接装备对T型结构件进行焊接。两个复合焊枪之间的夹角为130°，单个焊枪与肋板之间的夹角为65°。其中激光作用点处于肋板上，距离壁板上表面距离为0.4mm。试验中电弧是TIG焊接电弧(自动添丝)，电弧在前激光在后，电弧与激光作用在同一条直线上。激光-电弧复合焊接參数下TIG焊接參数直流180A ；激光焊接參数激光功率4400W，激光光斑大小0. 8mm ；焊接速度2. 5m/min ；光丝间距2謹。在焊接试件的前端添加了 IOmm长的引弧板，然后通过龙门架控制两把复合焊枪同时运行，通过激光-电弧复合焊接触发控制系统，实现两个复合焊枪的同时触发控制，即二者共同开始进行复合焊接，并最终同时结束。采用上述方法成功实现了 500mm长钛合金的T型结构件的优质高效焊接。焊后钛合金肋板与壁板之间仍然保持垂直，壁板及肋板未见明显变形。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种T型结构件双激光-电弧复合焊接方法，包括如下步骤首先，将T型结构件壁板与肋板利用点焊或エ装夹具垂直固定，保持两者接触的间隙不大于2mm ；继而，在T型结构件的肋板两侧同时采用激光-电弧复合焊枪进行焊接；两组激光-电弧复合焊接热源采用一个焊接控制系统同时触发，在相同焊接速度下，完成T型结构件焊接；焊接过程中，保持两组激光-电弧复合焊接设备以肋板为镜面对称结构，激光与电弧在ー个平面内，其中激光光束与肋板夹角α为30-75°范围内可调，激光入射点与壁板之间的高度a在不大于IOmm的范围内可调；激光光束与电弧轴线方向夹角β为30 60° 范围内可调，激光与电弧焊丝之间的距离，即光丝间距d为0. 5-5mm。
2.如权利1要求所述的双激光-电弧复合焊接方法，其特征在于激光光斑直径0. 2mm-2mm，激光平均输出功率为400W-6000W ；焊接电弧平均电流为 50A-400A,电弧电压为10V-36V ；焊接速度为0. 5-5m/min ；两组激光电源选用(X)2激光、YAG固体激光、光纤激光器或者半导体激光器；电弧焊接方式采用钨极氩弧焊或熔化极电弧焊接方法，电弧熔滴过渡方式为冷金属过渡。
全文摘要
T型结构件双激光-电弧复合焊接方法，步骤如下T型结构件壁板与肋板利用点焊或工装夹具垂直固定，保持两者接触间隙不大于2mm；在T型结构件肋板两侧同时采用激光-电弧复合焊枪进行焊接；两组激光-电弧复合焊接热源采用一个焊接控制系统同时触发，在相同焊接速度下，完成T型结构件焊接；焊接过程中，保持两组激光-电弧复合焊接设备以肋板为镜面对称结构，激光与电弧在一个平面内，激光光束与肋板夹角α为30-75°，激光入射点与壁板之间的高度a不大于10mm；激光光束与电弧轴线方向夹角β为30～60°，光丝间距d为0.5-5mm。该方法高速、低热损伤且焊接变形可控，能够满足飞机及高技术船舶T型结构件的制备需求。
文档编号B23K28/02GK102528303SQ20111045958
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘黎明, 宋刚, 张兆栋, 王红阳 申请人:大连新宇理工科技开发中心有限公司, 大连理工大学