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大型客機機身壁板激光焊接方案細述
大型客機機身壁板蒙皮長桁激光焊接構件中,單道焊縫長度可能達4m以上,同時由于蒙皮和長桁都很薄,因此能否有效保持焊接過程的穩定性是焊接生產取得成功的關鍵之一。在該方案中,在蒙皮內側采用雙激光束雙側同時焊接。為了保持蒙皮外側的完整性,焊接過程不能穿透蒙皮,T型結構也不需要過于強調深寬比,形成連續、無缺陷、高性能的焊接接頭是關鍵。因此,要保持激光深熔焊接過程小孔和熔池的穩定性。
主要從兩方面考慮:一方面,從焊接工裝和設備保障的角度要保持高精度的裝夾和激光的聚焦、對中,保持機器人(或數控機床)控制焊接工作頭運動過程中有較高的重復定位精度和軌跡定位精度,必要的時候采用適當的跟蹤系統;另一方面,由于液態鋁合金流動性良好、表面張力低、熔池穩定性差,同時,鋁元素的電離能低,焊接過程中光致等離子體易于過熱和擴展,也導致焊接穩定性差,因此應該從焊接冶金的角度開展研究。
(1)鋁合金對激光束具有極高的表面初始反射率高(對CO2激光超過90%,對YAG激光接近80%),這就要求在熔池形成之前需要較大的激光功率;
(2)由于冶金和工藝等多重因素的影響,鋁合金激光焊接過程較容易產生氣孔;
(3)鋁合金屬于典型的共晶合金,在激光焊接快速凝固條件下更容易產生熱裂紋;
(4)激光焊接間隙適應性小,對焊件的裝配精度要求較高;
(5)鋁合金線膨脹系數大,易產生焊接變形;
(6)鋁合金的導熱率較大,冷卻時間短,熔池冶金反應不充分,容易導致缺陷;
(7)液態鋁合金流動性良好,表面張力低,熔池穩定性差。