激光焊接技術(shù)在航空制造中的應(yīng)用2020-08-20
隨著長(zhǎng)壽命、高可靠性、低成本、高性能的設(shè)計(jì)及制造要求，越來越多的新型高性能材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)在飛機(jī)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，如整體壁板、整體葉盤/葉環(huán)、空心葉片、單晶/定向凝固葉片、粉末合金及復(fù)合材料構(gòu)件等。新型高性能材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大使用，在提高裝備性能的同時(shí)，也對(duì)包括焊接技術(shù)在內(nèi)的航空制造及修理技術(shù)提出了更高的要求。
激光焊接具有能量密度高、熱輸入量低、結(jié)構(gòu)變形小、無需真空環(huán)境、高質(zhì)量、高精度、高效率等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在各類金屬材料熔化焊接方法中獨(dú)占鰲頭；結(jié)合工業(yè)機(jī)器人、視覺傳感跟蹤系統(tǒng)、自動(dòng)送絲（送粉）系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)集成化、自動(dòng)化、柔性化、批量化制造，在全球制造產(chǎn)業(yè)中占據(jù)越來越高的地位。近年來，隨著高功率激光器的不斷發(fā)展，激光束流品質(zhì)的不斷提高，激光焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由傳導(dǎo)焊向深熔焊的根本性轉(zhuǎn)變，應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，在航空制造及修理中重要性也不斷提高。
幾種激光焊接方法及其應(yīng)用
針對(duì)航空制造業(yè)的激光焊接技術(shù)，目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各種航空金屬材料的理論及應(yīng)用，通過基礎(chǔ)理論的建立，輔以大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，激光焊接技術(shù)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于航空及武器裝備制造的諸多領(lǐng)域。下面簡(jiǎn)單介紹幾種激光焊接方法及其應(yīng)用：
1. 單激光焊接
按焊接熔池形成的機(jī)理區(qū)分，激光焊接可分為兩種：熱傳導(dǎo)焊接和激光深熔焊。這兩種方式最基本的區(qū)別在于：前者熔池表面保持封閉，而后者熔池則被激光束穿透成小孔。
（1）熱傳導(dǎo)焊接
當(dāng)功率密度約為105～ 106W/cm2的激光照射在材料表面時(shí)，一部分激光被反射，另一部分光能被材料吸收轉(zhuǎn)化為熱能使焊件表面熔化，材料表面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式繼續(xù)向材料 深處傳遞，形成熔池，將兩焊件熔接在一起。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。為利用激光熱導(dǎo)焊為飛機(jī)某零件進(jìn)行密封。
（2）激光深熔焊
當(dāng)功率密度比較大（約為106～107W/cm2）的激光束照射到材料表面時(shí)，材料吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能，工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金 屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng) 時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在航空制造領(lǐng)域，除了微薄零件或特殊要求之外，一般均使用深熔焊。
2. 激光-電弧混合/復(fù)合焊
隨著激光焊接技術(shù)在工業(yè)中的成熟應(yīng)用，激光焊接技術(shù)的不足之處也日漸顯露：設(shè)備投資、使用成本大，能量利用率低；對(duì)工件的焊接裝配精度要求高；對(duì)于 高反射率金屬難以實(shí)現(xiàn)激光焊接且容易對(duì)激光設(shè)備造成損壞；高焊接速度導(dǎo)致焊縫快速凝固，接頭中容易產(chǎn)生氣孔、咬邊缺陷，焊縫組織脆性，甚至焊接裂紋。
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