CN105458506B - 薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装及成型方法涉及一种适用于薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装及其焊接成型方法。其目的是为了提供一种薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，同时提供舱体成型方法，解决现有方法中存在的加工周期长、材料利用率低、生产效率低、成本高、适应性差等问题。本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装包括支承架体、包带组件、前后盖板(1、2)，支承架体用来固定舱体(3)，包带组件包括包带(4)和连接件，包带上开设有定位通孔(5)，盖板上设有气体通孔(7)。利用上述工装的薄壁复杂曲面舱体成型方法包括清洗处理、安装骨架、示教编程、安装蒙皮、激光定位焊接、拆除包带组件、激光连续焊接步骤。

Description

薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装及成型方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料的焊接工装及其焊接成型方法，特别是涉及一种适用于薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装及其焊接成型方法。
背景技术
现代飞行器朝着高马赫、长飞行时间方向发展，要求飞行器结构具有良好的高温承载能力与高温持久性能，这对飞行器的使用材料提出了更高的要求。一种薄壁复杂曲面舱体为某型号产品上的关键部件，其结构如图1、2、3所示，其中图3为焊后舱体的结构示意图，图1为焊前骨架结构示意图，图2为焊前蒙皮结构示意图，将蒙皮焊接到骨架上即可得到舱体。
针对这种带有内部加强筋的空间复杂曲面薄壁舱体结构，如果采用锻件整体机械加工成型，那么存在材料利用率非常低、加工周期长、成本高等缺点；如果采用真空电子束焊接，存在适应性差、效率低下、成本高的缺点；而采用电弧焊接，则存在难度大、变形不易控制、焊接质量不稳定的缺点。
发明内容
本发明提供一种薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，同时提供薄壁复杂曲面舱体的激光焊接成型方法，解决现有薄壁复杂曲面舱体成型方法中存在的加工周期长、材料利用率低、生产效率低、成本高、适应性差等问题。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，包括支承架体、包带组件、前盖板和后盖板，所述支承架体用来固定薄壁复杂曲面舱体，所述包带组件包括包带和连接件，包带的两端各固定有一个所述连接件，包带上开设有定位通孔，连接件用来连接包带与支承架体，所述前、后盖板上均设有一环向密封圈，前、后盖板分别用来固定在薄壁复杂曲面舱体的前、后面板上，环向密封圈朝向舱体布置，盖板上设有气体通孔。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述支承架体包括基座和支承座，所述基座包括底板，底板上固定设有两个前立柱和两个后立柱，两个前立柱间连接有前横梁，两个后立柱间连接有后横梁，前后横梁上均设有腰形通孔，所述底板的相对两侧各螺纹固定有一限位杆，所述限位杆位于前后立柱之间，每个立柱的侧面上均设有一支耳，支耳上开设有第一通孔，所述支承座包括下底板和上面板，下底板和上面板通过两个侧板连接，下底板两侧各设有一个第二通孔，所述第二通孔的两侧各设有一个第三通孔，第一、三通孔均用来与所述连接件连接，支承座通过第二通孔安插在限位杆上，所述前后立柱上分别固定有前限位块和后限位块，所述腰形通孔内安装有限位螺栓，所述限位螺栓用来将薄壁复杂曲面舱体固定在支承架体上。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述前、后盖板分别通过钩型螺栓组件固定在薄壁复杂曲面舱体的前、后面板上，所述钩型螺栓组件包括钩型螺栓、长筒螺母和旋杆，所述钩型螺栓为一L型件，其包括螺杆和钩，所述钩上设有凸起块，所述长筒螺母为一管状件，其内表面设有螺纹，长筒螺母的端部设有一穿透孔，所述穿透孔用来安装旋杆。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述连接件为活节螺栓和紧固螺栓，所述包带的两端均为凹形端且形成环套，所述活节螺栓为杆形件，活节螺栓的上端设有与轴向垂直的连接孔，下端设有螺纹，所述紧固螺栓穿过连接孔及环套将活节螺栓固定在包带的凹形端。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述前盖板上设有气体通孔。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述限位杆为杆状件，其由圆柱、六边形台阶、圆形台阶和螺柱依次固定连接组成。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述基座的底板上螺纹固定有起吊螺栓。
本发明中的利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，包括以下步骤：
(1)将热成型后的舱体蒙皮和骨架用干净的棉布擦除表面的油污，再用细砂纸打磨去除表面的氧化皮直到表面呈现光亮的金属光泽，打磨后采用混合酸溶液对舱体蒙皮和舱体骨架进行浸泡3min～5min去除残留的氧化皮，浸泡后用清水清除舱体蒙皮和舱体骨架上的残留酸液，再用超声波清洗设备对舱体蒙皮和舱体骨架进行清洗，清洗晾干待用；
(2)装配舱体骨架，包括以下子步骤：
(2.1)将限位杆固定在基座上，然后将支承座上的第二通孔穿过限位杆上端的圆柱放置在限位杆上面，将舱体骨架放在基座上的前后立柱上面，将前限位块、后限位块分别固定在基座的前、后两端面上，限制舱体的前后移动；将两个限位螺栓从舱体内部分别穿过前、后横梁上的腰形通孔并紧固限制舱体的前后移动；
(2.2)使用钩型螺栓组件将前盖板固定在舱体的前面板上，前盖板上的环向密封圈与前面板接触；
(2.3)使用钩型螺栓组件将后盖板固定在舱体的后面板上，后盖板上的环向密封圈与后面板接触；
(3)示教编程步骤：
在盖上蒙皮之前对需焊接的焊缝进行示教编程，编程路径需保证激光行走路径在舱体骨架加强筋的中心，激光焊接枪头离舱体骨架加强筋的垂直距离要一致；
(4)安装蒙皮步骤：
示教编程完成后将舱体蒙皮安放在舱体骨架上面的下陷处，将四件包带组件的包带与舱体蒙皮紧密贴合，两件包带组件两端的活节螺栓分别穿过第一通孔，另外两件包带组件两端的活节螺栓分别穿过第三通孔，之后用八个螺母分别拧入包带组件的活节螺栓上面，用工具将螺母拧紧使得舱体骨架和蒙皮紧密接触间隙小于0.2mm；
(5)激光定位焊接，包括以下子步骤：
(5.1)焊接开始前将氩气通过前盖板中的气体通孔通入舱体内部，充气5min；
(5.2)将舱体蒙皮与舱体骨架周边相连接部位的止口对接接头定位焊接，激光通过包带组件上的定位通孔照射到舱体表面上，每次只焊接一个定位通孔中的焊缝，焊完一个再焊接下一个，直到所有通过定位通孔裸露出来的焊缝都定位完成；
(5.3)采用示教完成的程序定位焊接舱体蒙皮中间位置的环向T型接焊缝，激光通过包带组件上的定位通孔照射到舱体表面上，每次只焊接一个定位通孔中的焊缝，焊完一个再焊接下一个，直到所有通过定位通孔裸露出来的焊缝都定位完成；
(5.4)采用示教完成的程序定位焊接舱体蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝，定位焊接的纵向T型焊缝应避开包带位置，焊点不能落在包带上面；
(6)拆除包带步骤：
所有焊缝激光定位焊接完成后，拆除包带组件，首先将4件包带组件活节螺栓上的螺母拧下来，再将活节螺栓从基座上的第一通孔和支承座上的第三通孔中取出，然后将包带组件从舱体上去除；
(7)连续激光焊接，包含以下子步骤：
(7.1)移动激光焊接枪头到周边止口对接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，然后出激光连续焊接周边止口对接焊缝；
(7.2)移动激光焊枪头到舱体蒙皮中间位置的环向T型接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，出激光连续焊接蒙皮中间位置的环向T型接焊缝；
(7.3)一条环向T型接焊缝焊完后重复(7.2)步骤，完成所有环向T型接焊缝；
(7.4)移动激光焊枪头到舱体蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，出激光连续焊接蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝；
(7.5)一条纵向T型接焊缝焊完后重复(7.4)步骤，完成所有环向T型接焊缝。
本发明中的利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，步骤(2.2)中，环向密封圈与前面板紧密接触，环向密封圈与前面板之间的缝隙不超过0.1mm；步骤(2.3)中，环向密封圈与后面板紧密接触，环向密封圈与后面板之间的缝隙不超过0.1mm。
本发明中的利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，步骤(5.2)中，激光定位焊接参数：每个定位点长度为3mm～5mm，相邻两定位点的间距为30mm～35mm，激光定位功率为1000w～1200w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，定位焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm，焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min；
步骤(5.3)、(5.4)中，激光定位焊接参数：每个定位点长度为3mm～5mm，相邻两定位点的间距为30mm～35mm，激光定位功率为1200w～1500w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，定位焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min；
步骤(7.1)中，激光焊接参数：激光焊接功率1600w～1800w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min；
步骤(7.2)、(7.3)中，激光焊接参数：激光焊接功率1900w～2100w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装包括支承架体、包带组件、前盖板和后盖板，支承架体用来固定薄壁复杂曲面舱体，包带绕过舱体后通过两端的连接件固定在支承架体上，包带上开设有定位通孔以便激光定位焊接，前、后盖板分别用来固定在薄壁复杂曲面舱体的前、后面板上，以形成密闭的舱体空间，盖板上设有气体通孔，方便激光焊接的时候向舱体内充入保护气体。有上述可知，利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，抛弃了现有的锻件整体机械加工成型方法、真空电子束焊接方法以及电弧焊接方法，而是利用激光进行焊接，激光焊接具有能量密度高、焊接变形小、焊缝深度比大等优点，解决了现有成型方法中存在的加工周期长、材料利用率低、生产效率低、成本高、适应性差等问题。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为舱体骨架的结构示意图；
图2为舱体蒙皮的结构示意图；
图3为薄壁复杂曲面舱体的结构示意图；
图4为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的使用状态图；
图5为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的基座结构示意图；
图6为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的支承座结构示意图；
图7为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的包带组件结构示意图；
图8为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的包带结构示意图；
图9为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的活节螺栓结构示意图；
图10为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的前限位块结构示意图；
图11为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的后限位块结构示意图；
图12为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的前盖板结构示意图；
图13为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的后盖板结构示意图；
图14为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的钩型螺栓组件结构示意图；
图15为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的钩型螺栓结构示意图；
图16为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的长筒螺母结构示意图；
图17为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的限位螺栓结构示意图；
图18为本发明中薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装的限位杆结构示意图。
具体实施方式
本具体实施方式中的薄壁复杂曲面舱体3由钛合金材料制成，但不限于此，只要适合激光焊接的材料均可。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体3的激光焊接工装，包括支承架体、包带组件、前盖板1和后盖板2，支承架体用来固定薄壁复杂曲面舱体3，包带组件包括包带4和连接件，包带4的两端各固定有一个所述连接件，包带4上开设有定位通孔5，连接件用来连接包带4与支承架体，所述前、后盖板1、2上均设有一环向密封圈6，前、后盖板1、2分别用来固定在薄壁复杂曲面舱体3的前、后面板上，环向密封圈6朝向舱体3布置，盖板上设有气体通孔7。
支承架体包括基座8和支承座9，基座8包括底板81，底板81上固定设有两个前立柱82和两个后立柱83，前、后立柱82、83均垂直于底板81，底板81的四角各设有一螺纹孔用于安装起吊螺栓84。两个前立柱82间连接有前横梁85，两个后立柱83间连接有后横梁86，前后横梁86上均设有腰形通孔，所述底板81的相对两侧各螺纹固定有一限位杆87，所述限位杆87位于前后立柱82、83之间。每个立柱的侧面上均设有一支耳88，支耳88上开设有第一通孔89。支承座9包括下底板91和上面板92，下底板91和上面板92通过两个侧板93连接，下底板91两侧各设有一个第二通孔94，所述第二通孔94的两侧各设有一个第三通孔95，第一、三通孔89、95均用来与所述连接件连接，支承座9通过第二通孔94安插在限位杆87上。所述前后立柱82、83上分别固定有前限位块10和后限位块11，固定方式为通过螺钉固定，即在前立柱82的前侧面上设有两个螺纹孔用于固定前限位块10，在后立柱83的后侧面上设有四个螺纹孔用于固定后限位块11。所述腰形通孔内安装有限位螺栓12，所述限位螺栓12用来将薄壁复杂曲面舱体3固定在支承架体上。
限位螺栓12由螺杆和螺母组成，限位螺杆通过舱体3底面的通孔和前后横梁86上的腰形通孔后，再将螺母拧上，保证舱体3左右不发生移动。
前、后盖板1、2分别通过钩型螺栓组件固定在薄壁复杂曲面舱体3的前、后面板上，所述钩型螺栓组件包括钩型螺栓13、长筒螺母14和旋杆15，所述钩型螺栓13为一L型金属件，其包括螺杆131和钩132，所述钩132上设有凸起块133，所述长筒螺母14为一管状金属件，其内表面设有螺纹，长筒螺母14的端部设有一穿透孔，所述穿透孔用来安装旋杆15。旋杆15为一圆柱金属杆，其穿过长筒螺母14上的穿透孔，用来旋转长筒螺母14。
前盖板1为一板状橡胶制品，其外形轮廓与舱体3前面板一致。前盖板1上开设有四个小通孔16和一个气体通孔7，气体通孔7位于前盖板1中间。前盖板1上的环向密封圈6凸出盖板表面。小通孔16用于穿过钩型螺栓13将前盖板1的环向密封圈6与舱体3的前面板紧密接触保证不漏气，气体通孔7用于连接保护气体管路，舱体3焊接前充入氩气用于保护钛合金在高温环境下不被氧化。
后盖板2为一板状橡胶制品，其外形轮廓与舱体3后面板一致。后盖板2上开设有四个小通孔16，这四个小通孔16用于穿过钩型螺栓13将后盖板2上的环向密封圈6与舱体3后面板紧密接触保证舱体3内部氩气***漏，该环向密封圈6凸出后盖板2表面设置。
连接件为活节螺栓17和紧固螺栓18，所述包带4的两端均为凹形端且形成环套，所述活节螺栓17为杆形件，活节螺栓17的上端设有与轴向垂直的连接孔，下端设有螺纹，所述紧固螺栓18穿过连接孔及环套将活节螺栓17固定在包带4的凹形端。
包带4为带状金属板，包带4上的定位通孔5为方形通孔，其均匀分布在包带4上，作用是用于激光定位焊接。各包带4箍紧时，包带4上的活节螺栓17下端过基座8上的第一通孔89和支承座9上的第三通孔95后与螺母配合，能够调节活节螺栓17的穿出长度，从而将包带4箍紧，将蒙皮与骨架的贴合间隙缩小到焊接所需值。
前限位块10为一方形金属块，正面有一圆形通孔和一腰形通孔用于穿过螺钉将之固定在前立柱82上限制舱体3向前移动，前限位块10的上端有一斜角。
后限位块11为一方形金属块，正面有四个圆形通孔和两个销钉通孔，其中圆形通孔用于穿过螺钉将后限位块11固定在后立柱83上，销钉通孔用于穿过销钉将后限位块11与后立柱83相连以保证装配精度。
限位杆87为杆状件，其由圆柱、六边形台阶、圆形台阶和螺柱依次固定连接组成。安装时，通过扳手旋转六边形台阶将圆形台阶旋到与底板81紧密接触为止。
本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其中所述基座8的底板81上螺纹固定有起吊螺栓84。
工作状态下：首先将限位杆87固定在基座8上，然后将支承座9上的第二通孔通过限位杆87上端的圆柱放置在限位杆87上面；再将舱体3骨架安放在基座8上面，将前限位块10、后限位块11分别安装在基座8的前、后立柱83的螺纹孔上，限制舱体3的前后移动；将两个限位螺栓12从舱体3内部分别穿过前后横梁86上的腰形通孔并紧固限制舱体3的前后移动。然后对所有T型接焊缝进行编程，保证激光焊接路径在舱体3骨架上加强筋的中心位置，所有T型接焊缝示教编程后将四件包带组件的包带4与舱体3蒙皮紧密贴合，两件包带组件两端的活节螺栓17分别穿过第一通孔89、两件包带组件两端的活节螺栓17分别穿过第三通孔95，之后用八个螺母分别拧入包带组件的活节螺栓17上面，用工具将螺母拧紧使得舱体骨架和蒙皮紧密接触间隙符合激光焊接要求。
在本实施例中，由1.6mm厚钛合金BTi62421s蒙皮经热成型后形成舱体蒙皮，然后将其与铸造成型的舱体骨架采用上述焊接工装焊接成型，包括清洗处理、安装骨架、示教编程、安装蒙皮、激光定位焊接、拆除包带组件、激光连续焊接等步骤，详见以下说明。
本发明中的利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，包括以下步骤：
(1)将热成型后的舱体蒙皮和骨架用干净的棉布擦除表面的油污，再用细砂纸打磨去除表面的氧化皮直到表面呈现光亮的金属光泽，打磨后采用混合酸溶液对舱体蒙皮和舱体骨架进行浸泡3min～5min去除残留的氧化皮，浸泡后用清水清除舱体蒙皮和舱体骨架上的残留酸液，再用超声波清洗设备对舱体蒙皮和舱体骨架进行清洗，清洗晾干待用；
(2)装配舱体骨架，包括以下子步骤：
(2.1)将限位杆87固定在基座8上，然后将支承座9上的第二通孔穿过限位杆87上端的圆柱放置在限位杆87上面，将舱体3骨架放在基座8上的前后立柱83上面，将前限位块10、后限位块11分别固定在基座8的前、后两端面上，限制舱体3的前后移动；将两个限位螺栓12从舱体3内部分别穿过前、后横梁85、86上的腰形通孔并紧固限制舱体3的前后移动；
(2.2)使用钩型螺栓组件将前盖板1固定在舱体3的前面板上，前盖板1上的环向密封圈6与前面板接触；具体如下：将四件钩型螺栓13的螺杆131从前盖板1反面的小通孔16中穿过，使得螺杆131从前盖板1的正面突出来，将四件长筒螺母14拧入螺杆131中，再将前盖板1的反面与舱体3前面板贴合，调整构型螺栓13的位置，使得其上面的凸起块133与舱体3前面板的内表面相贴合，再将旋杆15***长筒螺母14中的穿透孔中，通过旋杆15旋转长筒螺母14，使得前盖板1的环向密封圈6与舱体3前面板紧密接触，环向密封圈6与前面板之间的缝隙不超过0.1mm；
(2.3)使用钩型螺栓组件将后盖板2固定在舱体3的后面板上，后盖板2上的环向密封圈6与后面板接触；具体如下：将四件钩型螺栓13的螺杆131从后盖板2反面的小通孔16中穿过，使得螺杆131从后盖板2的正面突出来，将四件长筒螺母14拧入螺杆131中，再将后盖板2的反面与舱体3后面板贴合，调整构型螺栓13的位置，使得其上面的凸起块133与舱体3后面板的内表面相贴合，再将旋杆15***长筒螺母14中的穿透孔中，通过旋杆15旋转长筒螺母14，使得后盖板2的环向密封圈6与舱体3后面板紧密接触，环向密封圈6与后面板之间的缝隙不超过0.1mm；
(3)示教编程步骤：
舱体骨架与舱体蒙皮激光焊接包含两种焊缝，一种是蒙皮周边与骨架下陷处的止口对接焊缝，一种是舱体蒙皮中间与骨架加强筋的T型接焊缝，其中T型接焊缝是不可见焊缝，为了保证盖上蒙皮后激光能照在舱体骨架的中心位置，在盖上蒙皮之前对需焊接的焊缝进行示教编程，编程路径需保证激光行走路径在舱体骨架加强筋的中心，激光焊接枪头离舱体骨架加强筋的垂直距离要一致；
(4)安装蒙皮步骤：
示教编程完成后将舱体蒙皮安放在舱体骨架上面的下陷处，将四件包带组件的包带4与舱体蒙皮紧密贴合，两件包带组件两端的活节螺栓17分别穿过第一通孔89，另外两件包带组件两端的活节螺栓17分别穿过第三通孔95，之后用八个螺母分别拧入包带组件的活节螺栓17上面，用工具将螺母拧紧使得舱体骨架和蒙皮紧密接触间隙小于0.2mm；
(5)激光定位焊接，包括以下子步骤：
(5.1)焊接开始前将氩气通过前盖板1中的气体通孔7通入舱体3内部，充气5min；
(5.2)将舱体蒙皮与舱体骨架周边相连接部位的止口对接接头定位焊接，激光通过包带组件上的定位通孔5照射到舱体3表面上，每次只焊接一个定位通孔5中的焊缝，焊完一个再焊接下一个，直到所有通过定位通孔5裸露出来的焊缝都定位完成；
(5.3)采用示教完成的程序定位焊接舱体蒙皮中间位置的环向T型接焊缝，激光通过包带组件上的定位通孔5照射到舱体3表面上，每次只焊接一个定位通孔5中的焊缝，焊完一个再焊接下一个，直到所有通过定位通孔5裸露出来的焊缝都定位完成；
(5.4)采用示教完成的程序定位焊接舱体蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝，定位焊接的纵向T型焊缝应避开包带4位置，焊点不能落在包带4上面；
(6)拆除包带4步骤：
所有焊缝激光定位焊接完成后，拆除包带组件，首先将4件包带组件活节螺栓17上的螺母拧下来，再将活节螺栓17从基座8上的第一通孔89和支承座9上的第三通孔95中取出，然后将包带组件从舱体3上去除；
(7)连续激光焊接，包含以下子步骤：
(7.1)移动激光焊接枪头到周边止口对接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，然后出激光连续焊接周边止口对接焊缝；
(7.2)移动激光焊枪头到舱体蒙皮中间位置的环向T型接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，出激光连续焊接蒙皮中间位置的环向T型接焊缝；
(7.3)一条环向T型接焊缝焊完后重复(7.2)步骤，完成所有环向T型接焊缝；
(7.4)移动激光焊枪头到舱体蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，出激光连续焊接蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝；
(7.5)一条纵向T型接焊缝焊完后重复(7.4)步骤，完成所有环向T型接焊缝。
本发明中的利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，步骤(2.2)中，环向密封圈6与前面板紧密接触，环向密封圈6与前面板之间的缝隙不超过0.1mm；步骤(2.3)中，环向密封圈6与后面板紧密接触，环向密封圈6与后面板之间的缝隙不超过0.1mm。
本发明中的利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，步骤(5.2)中，激光定位焊接参数：每个定位点长度为3mm～5mm，相邻两定位点的间距为30mm～35mm，激光定位功率为1000w～1200w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，定位焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm，焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min。
步骤(5.3)、(5.4)中，激光定位焊接参数：每个定位点长度为3mm～5mm，相邻两定位点的间距为30mm～35mm，激光定位功率为1200w～1500w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，定位焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min。
步骤(7.1)中，激光焊接参数：激光焊接功率1600w～1800w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min。
步骤(7.2)、(7.3)中，激光焊接参数：激光焊接功率1900w～2100w，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm焊缝正面保护氩气流量为20L-30L/min。
有上述可知，本发明中的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装包括支承架体、包带组件、前盖板1和后盖板2，支承架体用来固定薄壁复杂曲面舱体3，包带4绕过舱体3后通过两端的连接件固定在支承架体上，包带4上开设有定位通孔5以便激光定位焊接，前、后盖板1、2分别用来固定在薄壁复杂曲面舱体3的前、后面板上，以形成密闭的舱体3空间，盖板上设有气体通孔7，方便激光焊接的时候向舱体3内充入保护气体。有上述可知，利用上述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，抛弃了现有的锻件整体机械加工成型方法、真空电子束焊接方法以及电弧焊接方法，而是利用激光进行焊接，激光焊接具有能量密度高、焊接变形小、焊缝深度比大等优点，解决了现有成型方法中存在的加工周期长、材料利用率低、生产效率低、成本高、适应性差等问题。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其特征在于：包括支承架体、包带组件、前盖板(1)和后盖板(2)，所述支承架体用来固定薄壁复杂曲面舱体(3)，所述包带组件包括包带(4)和连接件，包带(4)的两端各固定有一个所述连接件，包带(4)上开设有定位通孔(5)，连接件用来连接包带(4)与支承架体，所述前、后盖板(1、2)上均设有一环向密封圈(6)，前、后盖板(1、2)分别用来固定在薄壁复杂曲面舱体(3)的前、后面板上，环向密封圈(6)朝向舱体(3)布置，盖板上设有气体通孔(7)；
所述支承架体包括基座(8)和支承座(9)，所述基座(8)包括底板(81)，底板(81)上固定设有两个前立柱(82)和两个后立柱(83)，两个前立柱(82)间连接有前横梁(85)，两个后立柱(83)间连接有后横梁(86)，前后横梁(85、86)上均设有腰形通孔，所述底板(81)的相对两侧各螺纹固定有一限位杆(87)，所述限位杆(87)位于前后立柱(82、83)之间，每个立柱的侧面上均设有一支耳(88)，支耳(88)上开设有第一通孔(89)，所述支承座包括下底板(91)和上面板(92)，下底板(91)和上面板(92)通过两个侧板(93)连接，下底板(91)两侧各设有一个第二通孔(94)，所述第二通孔(94)的两侧各设有一个第三通孔(95)，第一、三通孔(89、95)均用来与所述连接件连接，支承座(9)通过第二通孔(94)安插在限位杆(87)上，所述前后立柱(82、83)上分别固定有前限位块(10)和后限位块(11)，所述腰形通孔内安装有限位螺栓(12)，所述限位螺栓(12)用来将薄壁复杂曲面舱体(3)固定在支承架体上。
2.根据权利要求1所述的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其特征在于： 前、后盖板(1、2)分别通过钩型螺栓组件固定在薄壁复杂曲面舱体(3)的前、后面板上，所述钩型螺栓组件包括钩型螺栓(13)、长筒螺母(14)和旋杆(15)，所述钩型螺栓(13)为一L型件，其包括螺杆(131)和钩(132)，所述钩(132)上设有凸起块(133)，所述长筒螺母(14)为一管状件，其内表面设有螺纹，长筒螺母(14)的端部设有一穿透孔，所述穿透孔用来安装旋杆(15)。
3.根据权利要求2所述的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其特征在于：所述连接件为活节螺栓(17)和紧固螺栓(18)，所述包带(4)的两端均为凹形端且形成环套，所述活节螺栓(17)为杆形件，活节螺栓(17)的上端设有与轴向垂直的连接孔，下端设有螺纹，所述紧固螺栓(18)穿过连接孔及环套将活节螺栓(17)固定在包带(4)的凹形端。
4.根据权利要求3所述的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其特征在于：所述限位杆(87)为杆状件，其由圆柱、六边形台阶、圆形台阶和螺柱依次固定连接组成。
5.根据权利要求4所述的薄壁复杂曲面舱体的激光焊接工装，其特征在于：所述基座(8)的底板(81)上螺纹固定有起吊螺栓(84)。
6.利用权利要求1～5任一项所述工装激光焊接薄壁复杂曲面舱体的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将热成型后的舱体蒙皮和骨架用干净的棉布擦除表面的油污，再用细砂纸打磨去除表面的氧化皮直到表面呈现光亮的金属光泽，打磨后采用混合酸溶液对舱体蒙皮和舱体骨架进行浸泡3min～5min去除残留的氧化皮，浸泡后用清水清除舱体蒙皮和舱体骨架上的残留酸液，再用超声波清洗设备对舱体蒙皮和舱体骨架进行清洗，清洗晾干待用；
(2)装配舱体骨架，包括以下子步骤：
(2.1)将限位杆(87)固定在基座(8)上，然后将支承座(9)上的第二通孔(94)穿过限位杆(87)上端的圆柱放置在限位杆(87)上面，将舱体骨架放在基座(8)上的前后立柱(82、83)上面，将前限位块(10)、后限位块(11)分别固定在基座(8)的前、后两端面上，限制舱体(3)的前后移动；将两个限位螺栓(12)从舱体(3)内部分别穿过前、后横梁(85、86)上的腰形通孔并紧固限制舱体(3)的前后移动；
(2.2)使用钩型螺栓组件将前盖板(1)固定在舱体(3)的前面板上，前盖板(1)上的环向密封圈(6)与前面板接触；
(2.3)使用钩型螺栓组件将后盖板(2)固定在舱体(3)的后面板上，后盖板(2)上的环向密封圈(6)与后面板接触；
(3)示教编程步骤：
在盖上蒙皮之前对需焊接的焊缝进行示教编程，编程路径需保证激光行走路径在舱体骨架加强筋的中心，激光焊枪头离舱体骨架加强筋的垂直距离要一致；
(4)安装蒙皮步骤：
示教编程完成后将舱体蒙皮安放在舱体骨架上面的下陷处，将四件包带组件的包带(4)与舱体蒙皮紧密贴合，两件包带组件两端的活节螺栓(17)分别穿过第一通孔(89)，另外两件包带组件两端的活节螺栓(17)分别穿过第三通孔(95)，之后用八个螺母分别拧入包带组件的活节螺栓(17)上面，用工具将螺母拧紧使得舱体骨架和蒙皮紧密接触间隙小于0.2mm；
(5)激光定位焊接，包括以下子步骤：
(5.1)焊接开始前将氩气通过前盖板(1)中的气体通孔通入舱体(3)内部，充气5min；
(5.2)将舱体蒙皮与舱体骨架周边相连接部位的止口对接接头定位焊接，激光通过包带组件上的定位通孔照射到舱体(3)表面上，每次只焊接一个定位 通孔(5)中的焊缝，焊完一个再焊接下一个，直到所有通过定位通孔(5)裸露出来的焊缝都定位完成；
(5.3)采用示教完成的程序定位焊接舱体蒙皮中间位置的环向T型接焊缝，激光通过包带组件上的定位通孔(5)照射到舱体(3)表面上，每次只焊接一个定位通孔(5)中的焊缝，焊完一个再焊接下一个，直到所有通过定位通孔(5)裸露出来的焊缝都定位完成；
(5.4)采用示教完成的程序定位焊接舱体蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝，定位焊接的纵向T型接焊缝应避开包带位置，焊点不能落在包带(4)上面；
(6)拆除包带步骤：
所有焊缝激光定位焊接完成后，拆除包带组件，首先将4件包带组件活节螺栓(17)上的螺母拧下来，再将活节螺栓(17)从基座(8)上的第一通孔(89)和支承座(9)上的第三通孔(95)中取出，然后将包带组件从舱体(3)上去除；
(7)连续激光焊接，包含以下子步骤：
(7.1)移动激光焊枪头到周边止口对接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，然后出激光连续焊接周边止口对接焊缝；
(7.2)移动激光焊枪头到舱体蒙皮中间位置的环向T型接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，出激光连续焊接蒙皮中间位置的环向T型接焊缝；
(7.3)一条环向T型接焊缝焊完后重复(7.2)步骤，完成所有环向T型接焊缝；
(7.4)移动激光焊枪头到舱体蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝，测量好激光焊枪头到蒙皮表面的距离，不发射激光试行走一遍，保证所行路径中每点到激光焊枪头的距离一致，且激光入射方向与舱体蒙皮表面的切线相垂直，出激 光连续焊接蒙皮中间位置的纵向T型接焊缝；
(7.5)一条纵向T型接焊缝焊完后重复(7.4)步骤，完成所有纵向T型接焊缝。
7.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于：步骤(2.2)中，环向密封圈(6)与前面板紧密接触，环向密封圈(6)与前面板之间的缝隙不超过0.1mm；步骤(2.3)中，环向密封圈(6)与后面板紧密接触，环向密封圈(6)与后面板之间的缝隙不超过0.1mm。
8.根据权利要求7所述的成型方法，其特征在于：
步骤(5.2)中，激光定位焊接参数：每个定位点长度为3mm～5mm，相邻两定位点的间距为30mm～35mm，激光定位功率为1000W～1200W，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，定位焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm，焊缝正面保护氩气流量为20L/min-30L/min；
步骤(5.3)、(5.4)中，激光定位焊接参数：每个定位点长度为3mm～5mm，相邻两定位点的间距为30mm～35mm，激光定位功率为1200W～1500W，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，定位焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm，焊缝正面保护氩气流量为20L/min-30L/min；
步骤(7.1)中，激光焊接参数：激光焊接功率1600W～1800W，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm，焊缝正面保护氩气流量为20L/min-30L/min；
步骤(7.2)、(7.3)中，激光焊接参数：激光焊接功率1900W～2100W，激光脉宽比为15ms/10ms，其中15ms为高电平，焊接速度为1.5m/min～1.8m/min，离焦量为0mm～+3mm，焊缝正面保护氩气流量为20L/min-30L/min。
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