CN111360399A - 一种钛合金舵面激光焊接成型方法 - Google Patents

一种钛合金舵面激光焊接成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种钛合金舵面激光焊接成型方法，属于钛合金舵面成型技术领域，特别是涉及一种钛合金舵面激光焊接成型方法。解决了现有大厚度蒙皮焊接存在焊缝质量差、焊接变形量大的问题。它包括制作焊接工装、对舵面骨架与蒙皮进行焊接。它主要用于钛合金舵面的成型。

Description

一种钛合金舵面激光焊接成型方法
技术领域
本发明属于钛合金舵面成型技术领域，特别是涉及一种钛合金舵面激光焊接成型方法。
背景技术
空气舵是飞行器中关键的部件，对飞行器飞行轨迹、动作起到至关重要的作用。作为一种空气动力组件，承受着巨大的作用力，另外在飞行器高速运动的过程中，舵面会承受持续高温等严苛的工作环境。为满足上述需求，要求舵面的结构、材料表现出优秀的性能。蒙皮与骨架的焊接工艺需满足设计指标。
钛合金由于强度高、密度低，在高温、低温等多数恶劣环境中表现出优越的性质，目前已广泛的应用于飞行器各种结构件中。激光焊接作为一种高能束焊具有焊缝深宽比大、热影响区小、焊接变形小等优点，另外激光焊接与电子束焊接相比无需在真空环境中完成焊接，所以对焊缝的尺寸、结构上有着更大的灵活性。因此，激光焊接也被越来越多的应用在汽车、电子、航空航天领域中。
目前，通过对飞行器结构件减重而提高其性能是国内外研究的重点方向。对于空气舵类产品，采用骨架与蒙皮焊接的形式通过对骨架结构进行优化，在满足力学性能的前提下达到减重的目的，而大厚度蒙皮焊接存在焊缝质量差、焊接变形量大等问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种钛合金舵面激光焊接成型方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种钛合金舵面激光焊接成型方法，它包括以下步骤：
步骤一：制作焊接工装，使焊接工装内部型腔与舵面型面保持一致，角度互补保证焊接面为水平面；
步骤二：将焊接工装固定到焊接台面上，并将舵面骨架固定到焊接工装上；
步骤三：按照骨架中加强筋位置，将焊接参数输入焊接程序；
步骤四：将蒙皮固定到舵面骨架一侧，根据焊接程序按照由上到下、由左至右的顺序将蒙皮点固焊接到舵面骨架上，点固焊接位置为各筋条相交处中心；
步骤五：按照步骤四所述方法将蒙皮点固焊接到骨架另一侧；
步骤六：对舵面骨架中间放射状筋条进行断续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，每一侧均由中部加强筋向两侧加强筋依次焊接；
步骤七：对舵面骨架中间圆弧状筋条进行断续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，每一侧均由中部加强筋向两侧加强筋依次焊接；
步骤八：对蒙皮周边位置进行角型连续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，且舵面骨架两侧蒙皮按相同方向顺序进行焊接。
更进一步的，所述焊接工装底部设置有环槽，顶部开设有螺纹孔。
更进一步的，所述步骤三和步骤四中断续焊接位置沿筋条中心线偏差小于0.5mm，所述断续焊接长度为12mm、节距为24mm、偏差小于1mm。
更进一步的，所述蒙皮边缘距舵面骨架下陷及边缘位置的距离为2.5mm，偏差小于0.5mm。
更进一步的，所述激光焊接工艺参数为：焊接功率为2800KW，离焦量为-8，焊接速度为1.5m/min，保护气流量为20L/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述钛合金舵面激光焊接成型方法保证了焊缝的内外部质量、接头的力学性能、焊后舵面的平面度和对称度等要求全部满足设计指标，焊接接头达到I级要求；产品能够达到在气压内压1MPa作用下，10min不漏气，同时可满足焊接后舵面、后缘、底缘平面度不大于0.6、前缘直线度不大于0.2等对焊接变型量的要求。本方法还对焊接参数进行优化，在满足焊缝熔深、熔宽、力学性能以及内部质量的同时尽量减小焊接热量的输出，匹配最优的焊接功率、焊接速率以及离焦量等参数得到恰当的焊接线能量从而最大程度降低焊接变型。可以有效的解决大厚度蒙皮焊接导致焊缝质量差、焊接变型量过大的问题。
附图说明
图1为本发明所述的舵面结构示意图
图2为本发明所述的焊接工装结构示意图
图3为本发明所述的舵面骨架加强筋条焊接顺序示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-3说明本实施方式，一种钛合金舵面激光焊接成型方法，它包括以下步骤：
步骤一：制作焊接工装，使焊接工装内部型腔与舵面型面保持一致，角度互补保证焊接面为水平面；
步骤二：将焊接工装固定到焊接台面上，并将舵面骨架固定到焊接工装上；
步骤三：按照骨架中加强筋位置，将焊接参数输入焊接程序；
步骤四：将蒙皮固定到舵面骨架一侧，根据焊接程序按照由上到下、由左至右的顺序将蒙皮点固焊接到舵面骨架上，点固焊接位置为各筋条相交处中心；
步骤五：按照步骤四所述方法将蒙皮点固焊接到骨架另一侧；
步骤六：对舵面骨架中间放射状筋条进行断续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，每一侧均由中部加强筋向两侧加强筋依次焊接；
步骤七：对舵面骨架中间圆弧状筋条进行断续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，每一侧均由中部加强筋向两侧加强筋依次焊接；
步骤八：对蒙皮周边位置进行角型连续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，且舵面骨架两侧蒙皮按相同方向顺序进行焊接。
本发明实施例适用于3mm厚蒙皮舵面的激光焊接，舵面为多角度的结构件，两侧焊接蒙皮部位为对称结构。为保证焊接面处于水平面上，需设计焊接工装。焊接前将焊接工装固定于工作台面上，将舵面骨架固定在工装上，编辑焊接程序，随后将蒙皮固定骨架上进行焊接，另一侧蒙皮焊接则采用结构形式相同且与之对称的工装完成。本工装既可固定舵面骨架又可对蒙皮起到固定作用，同时对焊件起到固定约束作用，可有效的减小焊接变形量。本方法还对蒙皮点固和焊接的顺序进行说明，本舵面骨架加强筋为放射状结构，各个放射状加强筋间由圆弧状加强筋相连。蒙皮点固需要由圆弧中心向外按顺序完成。采用本方法可保证蒙皮与骨架间隙小于0.1mm。焊接顺序为先进行中间筋条断续焊接在进行这中间筋条连续焊接。在中间筋条断续焊接过程中先焊接放射状筋条在焊接圆弧状筋条，各筋条间焊接顺序为由中间向两侧依次焊接，两侧蒙皮采用对称焊接的形式，最后完成周边角型连续焊接。按照本方法可以有效的解决大厚度蒙皮焊接导致焊接变型量过大的问题，按照本方法的可满足此类舵面焊接的各类相关设计指标。
图1为舵面结构示意图，如a所示，此类舵面主要由骨架和蒙皮组成，舵面蒙皮为厚度3mm的TA15钛板，嵌入到舵面骨架中，蒙皮边缘距骨架下陷位置和骨架边缘距离均匀一致。舵面骨架如b所示，为中空结构带有网格状加强筋。加强筋分为放射状和圆弧形两类。虚线为焊接位置，周边采用角型连续焊，中间位置采用搭接断续焊。舵面为多角度结构件，舵面骨架前缘最小厚度小于2mm，焊接后容易产生变形。如c所示，舵面两侧均需焊接蒙皮，两侧焊接面为对称结构。
本方法所述步骤三和步骤四中断续焊接位置沿筋条中心线偏差小于0.5mm，所述断续焊接长度为12mm、节距为24mm、偏差小于1m，所述蒙皮边缘距舵面骨架下陷及边缘位置的距离为2.5mm，偏差小于0.5mm，按本方法点固可有效控制由于点固方法不当引起蒙皮与骨架间隙过大导致焊接质量不满足要求的风险。按相同方法点固另一侧蒙皮后进行搭接断续焊。
舵面骨架加强筋条焊接顺序如图3所示，先焊接放射状加强筋，焊接方向由内至外，顺序按1-4进行焊接，然后焊接圆弧状筋条，顺序按a-c进行焊接。完成一侧焊接后进行另一侧蒙皮焊接。最后进行蒙皮周边角型连续焊接，需保证两侧蒙皮按相同方向顺序焊接。
本方法所述激光焊接工艺参数为：焊接功率为2800KW，离焦量为-8，焊接速度为1.5m/min，保护气流量为20L/min。按本方法可满足焊接接头剪切强度大于550MPa；焊接接头达到I级要求；产品能够达到在气压内压1MPa作用下，10min不漏气。另外可满足焊接后舵面、后缘、底缘平面度不大于0.6、前缘直线度不大于0.2等对焊接变型量的要求。
以上对本发明所提供的一种钛合金舵面激光焊接成型方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种钛合金舵面激光焊接成型方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：制作焊接工装，使焊接工装内部型腔与舵面型面保持一致，角度互补保证焊接面为水平面；
步骤二：将焊接工装固定到焊接台面上，并将舵面骨架固定到焊接工装上；
步骤三：按照骨架中加强筋位置，将焊接参数输入焊接程序；
步骤四：将蒙皮固定到舵面骨架一侧，根据焊接程序按照由上到下、由左至右的顺序将蒙皮点固焊接到舵面骨架上，点固焊接位置为各筋条相交处中心；
步骤五：按照步骤四所述方法将蒙皮点固焊接到骨架另一侧；
步骤六：对舵面骨架中间放射状筋条进行断续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，每一侧均由中部加强筋向两侧加强筋依次焊接；
步骤七：对舵面骨架中间圆弧状筋条进行断续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，每一侧均由中部加强筋向两侧加强筋依次焊接；
步骤八：对蒙皮周边位置进行角型连续焊接，焊接顺序为先焊接舵面骨架一侧再焊接舵面骨架另一侧，且舵面骨架两侧蒙皮按相同方向顺序进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金舵面激光焊接成型方法，其特征在于：所述蒙皮为厚度3mm的TA15钛板。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金舵面激光焊接成型方法，其特征在于：所述焊接工装底部设置有环槽，顶部开设有螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金舵面激光焊接成型方法，其特征在于：所述步骤六和步骤七中断续焊接位置沿筋条中心线偏差小于0.5mm，所述断续焊接长度为12mm、节距为24mm、偏差小于1mm。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金舵面激光焊接成型方法，其特征在于：所述蒙皮边缘距舵面骨架下陷及边缘位置的距离为2.5mm，偏差小于0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金舵面激光焊接成型方法，其特征在于：所述激光焊接工艺参数为：焊接功率为2800KW，离焦量为-8，焊接速度为1.5m/min，保护气流量为20L/min。
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