一种T型接头的激光焊接方法与流程

一种t型接头的激光焊接方法
技术领域
1.本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种t型接头的激光焊接方法。


背景技术：

2.在飞机机身壁板制造过程中，应用了大量的t型接头，常见的t型接头一般包括腹板和蒙皮，目前腹板和蒙皮的t型连接常采用以焊代铆方式，以焊代铆是减轻机体重量的有效措施。其中双光束激光焊接以其热源对称、t型接头两侧同步焊接获得更小变形以及易实现机械手柔性作业等优势，在先进飞机中已取得了一定的应用。
3.在双光束激光焊接t型接头时，两侧激光同时作用于腹板和蒙皮的交界区域，且热源作用位置基本相对于腹板对称。焊接变形极小，即基本保持t型接头的装配精度状态，故双光束激光焊接t接头的焊接变形精度与焊前装配状态密切正相关。
4.一般情况下，蒙皮外廓几何尺寸相对较大、壁厚范围为2mm
‑
4mm，而腹板的几何尺寸相对较小、壁厚范围为1mm
‑
3mm。参与附图1所示，常见腹板的横截面形貌包括i型、倒l型和倒j型，其有效垂直高度s范围为15mm
‑
30mm；腹板的长度与蒙皮几何尺寸及腹板在蒙皮上的位置密切相关，即蒙皮中间区域的腹板长度相对较长，而蒙皮边缘区域的腹板长度相对较短。
5.按照设计要求，t型接头的腹板与蒙皮之间的垂直度应控制在一定公差范围内，若超出该公差，应及时校形，否则很可能会影响飞机壁板的气动性能。现阶段对t型接头的垂直度在焊接前并未直接检测，而是在焊接后换算成间距检验，即通过检测腹板在蒙皮上的几何占位公差情况来间接判断t型接头的垂直度是否合理。受双光束激光焊接变形小的影响，t型接头的腹板与蒙皮之间的垂直度主要取决于焊前t型接头的装配情况，若t型接头的垂直度装配精度较低，不仅很难通过激光焊接方法进行相应的校正，而且对焊后校形也提出了很大的挑战，不仅废工废时、效率很低，甚至无法满足设计要求而导致焊件报废。
6.基于此，如何提供一种高精度的双光束焊接方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

7.(1)要解决的技术问题
8.本发明实施例提供了一种t型接头的激光焊接方法，包括利用垂直度检测装置检测腹板和蒙皮之间的垂直度；通过调节腹板调节装置调节腹板和蒙皮之间的垂直度；再实施双光束激光焊接。本发明能显著提高t型接头的焊接质量。
9.(2)技术方案
10.本发明的实施例一种t型接头的激光焊接方法，所述t型接头包括蒙皮和连接在所述蒙皮中间部位的腹板，所述激光焊接方法包括：
11.通过腹板调节装置将腹板装配固定于蒙皮上；
12.利用垂直度检测装置检测腹板和蒙皮之间的垂直度；
13.通过调节腹板调节装置，使腹板和蒙皮之间的垂直度满足要求；
14.实施双光束激光焊接。
15.进一步地，所述腹板调节装置包括：基板、压梁、过渡夹板和角度调节装置；所述过渡夹板连接在所述压梁上，所述压梁通过所述角度调节装置可转动地连接在所述基板上。
16.进一步地，所述过渡夹板通过紧固件连接在所述压梁上。
17.进一步地，所述过渡夹板上设有避让开口。
18.进一步地，所述垂直度检测装置包括：不少于一个的检测组件，不少于一个的所述检测组件平移滑动地安装于底座。
19.进一步地，所述检测组件包括底板、固定板、测量板、第一活动板、第二活动板、指针和角度刻线；所述固定板的一端固定在所述底板的下部，且所述固定板平行于所述底板的底边，所述测量板的一端与所述固定板相对所述底板的一端枢接，所述测量板的另一端与所述第一活动板的一端枢接，所述第一活动板的另一端与所述第二活动板的中部枢接，所述第二活动板的一端与所述固定板位于所述底板上的一端枢接，所述指针连接在所述第二活动板的另一端上，所述的角度刻线设置在所述底板上且位于所述指针的活动区域内。
20.进一步地，所述固定板与底板的底边距离不小于5mm。
21.进一步地，所述检测组件安装在滑轨上，所述滑轨通过导轨安装座安装在所述底座上。
22.进一步地，所述检测组件设有三组。
23.进一步地，所述底板上设有限位块，所述限位块设置在所述指针活动范围的两侧。
24.(3)有益效果
25.本发明通过焊接前直接检测腹板与蒙皮之间的垂直度并进行垂直度调节来代替焊接后的校形，更便于调整腹板和蒙皮的垂直度装配精度，进而实现双光束焊接的高精度需求。本发明不仅能够显著提升腹板与蒙皮的t型接头垂直度焊接质量，而且可以大幅降低焊后校形难度和焊件报废风险，显著提升焊接制造效率。
26.除此之外，本发明实施例的t型接头的激光焊接方法，直接通过腹板调节装置调整腹板与蒙皮的垂直度具有方便快捷的优点，焊接精度进一步提高，更有利于保证飞机壁板的气动性能。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是常见t型接头的结构示意图。
29.图2是本发明t型接头的激光焊接方法流程图。
30.图3是本发明一实施例中腹板调节装置的结构示意图。
31.图4是本发明一实施例中垂直度检测装置的附图结构示意图。
32.图5是本发明一实施例中测量组件的主视结构示意图。
33.图6是本发明一实施例中限位块的轴向对称活动示意图。
34.图中：蒙皮1、腹板2、检测组件3、底板31、测量组件32、固定板321、测量板322、第一活动板323、第二活动板324、指针325、角度刻线33、限位块34、紧固件4、避让开口5、底座6、导轨安装座7、滑轨8、基板9、压梁10、过渡夹板11、角度调节装置12。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.下面将参照附图1
‑
附图6并结合实施例来详细说明本申请。
38.本发明实施例的一种t型接头的激光焊接方法，参阅附图1所示，所述t型接头包括蒙皮1和连接在所述蒙皮1中间部位的腹板2，参阅附图2所示，所述激光焊接方法包括：
39.s1：通过腹板调节装置将腹板2装配固定于蒙皮1上；
40.s2：利用垂直度检测装置检测腹板2和蒙皮1之间的垂直度；
41.s3：通过调节腹板调节装置，使腹板2和蒙皮1之间的垂直度满足要求；
42.s4：实施双光束激光焊接。
43.在本发明实施例中，首先，通过腹板调节装置将腹板2装配固定于蒙皮1上，这样可以将腹板2与蒙皮1待焊接部位对齐，便于后续的双光束激光焊接；接着，可以在焊接前利用垂直度检测装置检测腹板2和蒙皮1的垂直度是否满足要求；然后，根据垂直度检测装置的检测结果，通过调节腹板调节装置，使腹板2和蒙皮1之间的垂直度满足要求；最后，在调节好垂直度以后，便可以实施双光束激光焊接。
44.综上所述，本发明实施例通过焊接前直接检测腹板2与蒙皮1之间的垂直度并进行垂直度调节来代替焊接后的校形，更便于调整腹板2和蒙皮1的垂直度装配精度，进而实现双光束焊接的高精度需求。本发明实施例不仅能够显著提升腹板2与蒙皮1的t型接头垂直度焊接质量，而且可以大幅降低焊后校形难度和焊件报废风险，显著提升焊接制造效率。
45.除此之外，本发明实施例的t型接头的激光焊接方法，直接通过腹板调节装置调整腹板2与蒙皮1的垂直度具有方便快捷的优点，焊接精度进一步提高，更有利于保证飞机壁板的气动性能。
46.具体地，根据本发明的一个实施例中，参阅附图3所示，所述腹板调节装置包括：基板9、压梁10、过渡夹板11和角度调节装置12；所述过渡夹板11连接在所述压梁10上，所述压梁10通过所述角度调节装置12可转动地连接在所述基板9上。腹板调节装置在实际使用时可以用于将蒙皮1与腹板2待焊接部位进行对齐，也可以用于调节蒙皮1与腹板2的垂直度，也就是蒙皮1与腹板2之间的夹角。具体地，在本发明实施例的步骤s1中，可以先将蒙皮1平铺在基板9上，腹板2固定在过渡夹板11上，调节蒙皮1与腹板2的距离，使得腹板2的下端边与蒙皮1的上端面接触，这样腹板2下端边便可以与腹板2的上端面接触形成一条t形的待焊接缝；除此之外，在本发明实施例的步骤s3中，腹板调节装置还可以用于调节腹板2与蒙皮1的垂直度，具体地，当步骤s1将将腹板2装配固定于蒙皮1上形成待焊接的缝隙以后，可以转
动角度调节装置12，这时候，转动角度调节装置12，角度调节装置12便会带动其上的压梁10围绕基板9进行转动，压梁10带动过渡夹板11进行转动，最终实现腹板2的转动。进而达到调节腹板2与蒙皮1的垂直角度的目的，可以在焊接前将腹板2与蒙皮1的角度调到最佳，从而可以大大提高焊接质量。
47.综上所述，在本发明实施例中，可以将腹板2与蒙皮1的待焊接部位沿着角度调节装置12的转动轴方向进行布置，利用过渡夹板11夹持腹板2并将腹板2的待焊接部位与蒙皮1的待焊接部位对齐，形成焊缝；再通过角度调节装置12的转动，调节腹板2的姿态，实现腹板2与蒙皮1垂直度的调节，本发明实施例通过焊接前调节腹板2与蒙皮1之间的垂直度来代替焊接后的校形，更便于调整腹板2和蒙皮1的垂直度装配精度，进而实现双光束焊接的高精度需求。
48.除此之外，由于基板9可以水平放置，因此蒙皮1放置在基板9上以后也呈现水平状态，这样利用腹板调节装置调节腹板2的垂直度以后，基本上腹板2呈现的是竖直状态，在此状态下，腹板调节装置的压梁10在自身重力作用下对有一个向下的压力作用，从而进一步提高腹板2与蒙皮1连接部位的紧密度，使得焊缝更小，便于焊接的顺利进行。
49.进一步地，根据本发明的一个实施例中，参阅附图3所示，所述过渡夹板11通过紧固件4连接在所述压梁10上。在本发明实施例中，紧固件4可以为螺丝、螺栓、螺钉等在内的常见紧固用机械件，紧固件4可以根据压梁10、过渡夹板11的长度设置适宜个数，在此不做限定。腹板2连接在过渡夹板11上以后，可以通过紧固件4紧固并调节过渡夹板11在压梁10上的位置，使得压梁10限定腹板2位置的作用，并且压梁10的下端可以抵住腹板2的上端，这样在腹板2保持竖直状态时，压梁10可以向腹板2施加向下的作用力，提高腹板2与蒙皮1连接部位的紧密度，使得焊缝更小。
50.进一步地，根据本发明的一个实施例中，参阅附图3所示，所述过渡夹板11上设有避让开口5。避让开口5的设置可以方便安装或拆卸腹板2。同时，避让开口5的设置可以便于调节腹板2和蒙皮1之间的装配间隙。当然，避让开口5的数量、大小及形状可以根据需要来设置，不应构成对本申请的限制。
51.具体地，根据本发明的又一个实施例中，参阅附图4所示，所述垂直度检测装置包括：不少于一个的检测组件3，不少于一个的所述检测组件3平移滑动地安装于底座6。在本发明实施例中，垂直度检测装置主要在步骤s2中检测腹板2和蒙皮1之间的垂直度，因此，可以利用垂直度检测装置上的检测组件3检测腹板2和蒙皮1之间的垂直度实现步骤s2。同时，将检测组件3平移滑动地安装于底座6上，实现检测组件3的顺利移动，以便于检测组件3对腹板2和蒙皮1长度方向的各处都可以检测到。除此之外，本发明实施例可以在底座6上设置不少于一个的检测组件3，例如附图4所示，可以为三个检测组件3，这样每个检测组件3可以检测腹板2和蒙皮1长度方向的一段，从而检测效率更高。
52.具体地，根据本发明的又一个实施例中，参阅附图5所示，所述检测组件3包括底板31、固定板321、测量板322、第一活动板323、第二活动板324、指针325和角度刻线33；所述固定板321的一端固定在所述底板31的下部，且所述固定板321平行于所述底板31的底边，所述测量板322的一端与所述固定板321相对所述底板31的一端枢接，所述测量板322的另一端与所述第一活动板323的一端枢接，所述第一活动板323的另一端与所述第二活动板324的中部枢接，所述第二活动板324的一端与所述固定板321位于所述底板31上的一端枢接，
所述指针325连接在所述第二活动板324的另一端上，所述的角度刻线33设置在所述底板31上且位于所述指针325的活动区域内。在本发明实施例中，检测组件3主要用于检测腹板2和蒙皮1的垂直度，也就是夹角。在实际使用时，底板31的下端面(也就是如附图5所示靠近固定板321一侧的端面)可以放置在基板9上，这样底板31的下端面便会与铺设在基板9上的蒙皮1保持平行，由于固定板321与底板31保持平行，当测量板322贴在腹板2上的时候，测量板322与固定板321的夹角便是腹板2和蒙皮1之间的夹角，当测量板322保持垂直状态时，测量板322与固定板321之间夹角为90
°
，此时连接在测量板322另一端的第二活动板324与测量板322平行也是竖直状态，从而设置在第二活动板324一端的指针325指在角度刻线33上的位置便是90
°
，一旦当腹板2和蒙皮1之间的夹角发生变动，不再是90
°
时，第二活动板324一端的指针325在角度刻线33上的位置便会发生改变。也就是说，本发明实施例利用固定板321、测量板322、第一活动板323、第二活动板324组成的可变动矩形结构，利用测量板322测量角度变化情况传递至第二活动板324的变化情况，进而实现指针325在角度刻线33上相应位置的变化，使得腹板2和蒙皮1之间的夹角能够准确被测量出来，从而可以实现在焊接前的准确测量，再通过步骤s3的调整，使得腹板2和蒙皮1之间的夹角达到设计要求范围，再在此范围内进行焊接，达到焊接质量高的优点。综上，本发明实施例通过垂直度检测装置在焊接前测量腹板2与蒙皮1之间的垂直度，再利用腹板调节装置调节腹板2与蒙皮1之间的垂直度来代替焊接后的校形，更便于调整腹板2和蒙皮1的垂直度装配精度，进而实现双光束焊接的高精度需求。
53.进一步地，根据本发明的又一个实施例中，参阅附图5所示，所述固定板321与底板31的底边距离h不小于5mm，在实际测试时h可以根据实际情况而定，例如可以为6mm等，固定板321设置高于底板31，可以避免在测量过程中固定板321触碰到腹板2与蒙皮1的待焊接部位，造成对待焊接部位的污染，从而可以提高焊接质量。
54.进一步地，根据本发明的又一个实施例中，参阅附图4所示，所述检测组件3安装在滑轨8上，所述滑轨8通过导轨安装座7安装在所述底座6上。检测组件3通过滑轨8更加便于调整位置，使得可以更好地对腹板2与蒙皮1的各个位置进行垂直度检测。
55.具体地，根据本发明的又一个实施例中，参阅附图4所示，所述检测组件3设有三组，当然检测组件3可以根据需要也可以设置有其他任意组数，比如4组。
56.进一步地，根据本发明的另一个实施例中，参阅附图5所示，所述底板31上设有限位块34，所述限位块34设置在所述指针325活动范围的两侧。限位块34可以限位指针325的活动范围，进而确保整个装置的安全。
57.下面以另一个实施例来说明本发明。
58.参阅附图1所示，本发明实施例中t型接头的蒙皮1厚度为2.5mm，腹板2厚度为1.5mm，要求腹板2和蒙皮1之间的垂直度控制在90
°±5°
范围内，腹板2纵向长度为220mm，腹板2的有效高度s为30mm。腹板2在蒙皮1上的定位由蒙皮1上的定位线进行保证。通过调整限位块34，使第二活动板324的左右摆动调节范围
±4°
。通过垂直度检测装置配合腹板调节装置，能够控制腹板2和蒙皮1之间的垂直度控制在
±4°
范围内，采用双侧焊接工艺完全相同的双光束激光焊接(熔深不低于腹板2厚度的1/2，在本发明实施例中即0.75mm)，能够实现全焊缝t型接头的腹板2和蒙皮1之间的垂直度始终保持在90
°±
4.5
°
的预设要求。
59.参阅附图2所示，本发明实施例的具体流程为：
60.步骤s1：采用腹板调节装置将腹板2装配固定于蒙皮1上。
61.步骤s2：采用垂直度检测装置检测腹板2和蒙皮1之间的垂直度。
62.步骤s3：通过调节腹板调节装置的角度调节装置12，使腹板2和蒙皮1之间的垂直度满足要求。
63.步骤s4：实施双光束激光焊接。
64.此外，本发明的垂直度检测装置也可以用来检测焊接后腹板2和蒙皮1之间的垂直度，所述h能够很好地避免垂直度检测装置在检测过程中与焊缝发生干涉。底座6的底面可以是平面，也可以安装相同高度的垫角，其底平面与角度刻线33的0
°
刻线垂直。
65.参阅附图4所示，本发明实施例中垂直度检测装置包括检测组件3、且检测组件3设有三个，三个检测组件3结构完全相同且均通过导轨副平移滑动安装于底座6上。检测组件3均包括底板31、测量组件32和防护罩。
66.参阅附图5所示，本发明实施例中测量组件32包括固定板321、测量板322、第一活动板323、第二活动板324和指针325。固定板321固定于底板31的偏下部位且固定板321平行于底板31的底边，固定板321与底板31的底边距离h为5mm。测量板322的一端与固定板321的一端枢接，测量板322的另一端与第一活动板323的一端枢接，第一活动板323的另一端与第二活动板324的中部枢接，第二活动板324的一端与固定板321的另一端枢接，第二活动板324的另一端且沿第二活动板的中轴线方向安装指针325。所述固定板321、测量板322、第一活动板323和第二活动板324通过四个枢接构成平行四边形，通过测量板322的左右摆动实现所述平行四边形的变形，并带动指针325左右摆动，即测量板322的摆动角度始终与指针325的摆动角度保持完全一致。
67.h的设置是为了避免垂直度检测装置在检测过程中对待焊区造成不必要的污染。
68.底板31的上部设置有角度刻线33，角度刻线33的角度范围为
±5°
，该角度范围也可适当放大或缩小。当指针325的轴向与底板31的底边垂直时，指针325正好指向角度刻线33的0
°
。在不检测状态时，指针325正好指向角度刻线33的0
°
。
69.在底板31上，且位于第一活动板323的上方和所述第二活动板324的两侧，以角度刻线33的0
°
线为中心，轴向对称设置限位块34，用于限定第二活动板324的左右摆动范围。
70.限位块34能够以角度刻线33的0
°
线为中心，同时向0
°
线靠拢，即能够实现第二活动板324的左右摆动范围的柔性调节。第二活动板324的左右摆动调节范围为
±
(3
°‑8°
)。
71.底板31的表面设置防护罩，用于保护指针325免受外界干扰或损伤。
72.本发明实施例中腹板调节装置包括基板9、压梁10、过渡夹板11和角度调节装置12。过渡夹板11定位夹持腹板2后，由压梁10对过渡夹板11进行左右前后限位，依靠过渡夹板11的自重控制蒙皮1和腹板2之间的装配间隙精度，当局部间隙不均匀时，从局部间隙的对应上方的压梁10处向过渡夹板11施加向下的力f，f不宜过大，避免腹板2出现局部刚性变形。
73.过渡夹板11朝向蒙皮一侧，开设有若干开口5，以便于夹持调节腹板2和蒙皮1之间的装配间隙。
74.压梁10通过角度调节装置12安装于基板9上，通过调节角度调节装置12的角度，实现压梁10带动过渡夹板11和腹板2的整体角度调节。所述整体角度调节过程中，若通过过渡夹板11对腹板2施加力f，由于f始终与腹板2的z向保持一致，也不会产生额外的分力和扭矩
对腹板2造成多余的装配应力。
75.角度调节装置12的控制方式包括电动控制和手动控制，且角度调节装置12可以选用常见的结构类型。
76.利用上述垂直度检测装置和腹板调节装置，通过上述检测方法焊接的腹板2和蒙皮1之间的垂直度满足设计要求，无需校形。整块蒙皮焊接制造效率提高1倍以上。
77.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
78.以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。