几种航空制造方面激光焊接方法及其应用

几种航空制造方面激光焊接方法及其应用

针对航空制造业的激光焊接技术，目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各种航空金属材料的理论及应用，通过基础理论的建立，辅以大量的试验验证，激光焊接技术已经成熟地应用于航空及武器装备制造的诸多领域。下面简单介绍几种激光焊接方法及其应用：

1. 单激光焊接
按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接可分为两种：热传导焊接和激光深熔焊。这两种方式基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成小孔。

（1）热传导焊接
当功率密度约为105～ 106W/cm2的激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，另一部分光能被材料吸收转化为热能使焊件表面熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料 深处传递，形成熔池，将两焊件熔接在一起。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。图1为利用激光热导焊为飞机某零件进行密封。
（2）激光深熔焊
当功率密度比较大（约为106～107W/cm2）的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金 属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动 时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在航空制造领域，除了微薄零件或特殊要求之外，一般均使用深 熔焊。图2是采用激光深熔焊焊接的某飞机结构件。

2. 激光-电弧混合/复合焊
随着激光焊接技术在工业中的成熟应用，激光焊接技术的不足之处也日渐显露：设备投资、使用成本大，能量利用率低；对工件的焊接装配精度要求高；对于 高反射率金属难以实现激光焊接且容易对激光设备造成损坏；高焊接速度导致焊缝快速凝固，接头中容易产生气孔、咬边缺陷，焊缝组织脆性，甚至焊接裂纹。
为避免单激光焊接出现的问题，研究者提出了激光与电弧复合的焊接方法，其出发点是利用电弧焊接的低成本、适用范围宽等特点辅助激光来进行焊接。激光 －电弧复合主要是激光与PAW、TIG或MIG/MAG的复合。目前，主要研究了LASER-PAW和LASER-MIG两种复合焊接方法：

（1）LASER-PAW复合焊接技术
等离子弧的引弧性和稳弧性优于TIG焊，电极不易损耗，采用等离子弧与激光复合热源（如图3）进行焊接是一种过程很稳定的焊接技术，有利于保证焊接 质量。不需要真空系统，可以在大气条件下进行大型中厚度零件的焊接；较高的焊接速度，降低了零件的焊接变形；焊接工艺裕度大，对于焊前零件的装配间隙和焊 缝的对中要求可以大大降低，具有良好的实用性。图4是LASER-PAW复合焊接飞机桶体结构模拟件。
（2）LASER-MIG复合焊接技术
LASER-MIG复合焊接技术是激光电弧复合焊接提出以来，研究多、为广泛的一种复合焊接方法（如图5）。MIG焊接容易使用焊丝填充焊缝， 采用激光-电弧复合焊接的方法进一步扩大拼缝间隙裕度、减少或消除焊接后接口部位的凹陷，改善焊缝形貌；此外，通过选择不同的焊丝，还可调整焊缝的化学成分，改善力学性能。https://www.xincsy.com/


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