PDF《激光焊接技术研究进展及其在航天领域的应用》

1 所示.对于厚板焊接来 说,MIG/MAG 电弧多层多道焊是常见的焊接方法, 而万瓦级的光纤激光可实现一次性焊透 10mm 以上厚 壁钢结构,接头质量更好,效率更高.大阪大学采用 10kW 光纤激光焊接 12mm 厚304 不锈钢,速度可达 0.5m/min[4] ,如图

2 所示.EWI 采用 15kW 激光自熔 焊接用于核电站器壁的 17mm 厚361L 不锈钢,在2m/min 的速度下一次性焊透, 无裂纹、 未熔合缺陷[5] , 如图

3 所示. 目前,采用万瓦级的光纤激光焊接 10mm 以上厚 壁钢结构是激光焊接领域研究的热点问题,正成为航 天、管道、船舶、核电等行业积极推广的技术. 2.2 激光-电弧复合焊 英国帝国理工大学W.Steen教授于上世纪70年代 末提出了激光-电弧复合焊的思想,激光-电弧复合焊 既充分发挥了激光和电弧各自的优势,又弥补了各自 的不足,复合热源耦合增强效应达到 1+1>

2 的效果. 激光与熔化极电弧(MIG、MAG)复合焊是目前 激光焊接研究领域最热门的方向,在国外,2000 年起 逐渐在船舶、管道、汽车、列车等领域大量使用.在 国内,管道、列车、船舶、航天等行业均在大力发展 该技术. 其技术特点体现在: 兼有激光和电弧的特点, 增强了激光的间隙适应性;

增大熔深,单道熔深可达 到10mm 厚以上,焊接速度快;

能够填充熔敷金属, 改善焊缝组织冶金,可实现厚板多层焊. 激光-TIG 复合焊兼有激光精密焊小变形的特点, 同时由于加入 TIG 电弧能够改善激光焊成形、 减少气 孔、增强间隙适应性等特点,在薄壁结构焊接领域依 然有着较大的发展前景.哈尔滨工业大学先进焊接与 连接国家重点实验室雷正龙副教授采用 CO2 激光 -TIG 复合焊接 3mm 厚LF6 铝合金, 可以获得更大的 焊接熔深,且焊缝成形均匀美观,不存在气孔和下榻 缺陷[6] . 2.3 双光束激光焊 采用楔形分光镜或者分光模块可将一束激光分 成两束激光,并且两束激光之间的间距、排布方式、 能量配比可调整,因此可以改变传统激光焊的温度场 和流动场,从而改善激光焊接冶金和抑制激光焊接缺 陷.图4所示双光束激光焊接的三种典型方式,两束 激光可在同一熔池中形成两个匙孔,也可以在同一熔 池中形成同一个匙孔,甚至是一束光只起到预热和缓 冷的作用.它不仅拥有激光焊残余应力变形小、接头 质量好的优点,而且能够较好地解决常规激光焊接间 隙适应性差、气孔倾向大、合金元素烧损严重等普遍 问题. 综述 航天制造技术

57 焊接方向 第一种机制 第三种机制 第二种机制 图4双光束激光焊接的三种典型方式 采用双光束激光焊接铝合金,可以较好地改善铝 合金焊缝表面成形和减少气孔倾向[1] .双光束激光由 于扩大了激光的作用范围,提高了激光对间隙的适应 能力,因此可焊接不等厚板等异形构件.目前,双光 束激光焊接不等厚板技术已广泛用于汽车、钢铁等领 域[1] .双光束激光与单光束相比具有更加稳定的熔丝 能力,双光束激光增强了激光钎焊时钎料的润湿和铺 展性能,因此双光束激光填丝焊和双光束激光钎焊也 成为目前研究的热点. 2.4 激光熔钎焊 将物理、化学性能差异较大的两种材料连接起 来,如何尽量减少两种金属材料之间生成硬而脆的金 属间化合物是其关键难点.采用激光熔钎焊技术,可 将激光束偏置于低熔点母材一侧,使焊丝(或者是钎 料)与母材形成熔焊接头,而高熔点母材一侧未能熔 化,与焊丝或者钎料形成钎焊接头.同时由于激光束 的能量精确可控,生成的金属间化合物厚度可控制在 10μm 以内,因此可将异种材料的焊接接头系数提高 到较高水平[7] . 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家实验室陈 树海博士采用 CO2 激光熔钎焊技术成功实现了 5A06 铝合金和 TC4 钛合金的优质连接,接头强度达到了 5A06 铝合金强度的 80%以上.此外,哈尔滨焊接研 究所、北京工业大学等研究单位也开展了铝/钢、 黄铜 /低碳钢等异种材料的激光熔钎焊技术.