PDF《激光焊接技术研究进展及其在航天领域的应用》

3 激光焊接技术在航天领域的应用 由于激光焊接具有焊接变形小、接头质量高、焊 接熔深大和速度快等一系列的特点,在国外航天领域 已经大幅度地工程化应用,并在国内初具规模,展现 出了良好的发展势头. 3.1 铝合金导弹发射箱激光焊 在1973~1974 年间,美国海军开始计划研制一 种结构简单、发射率高、贮弹量大、可进行全方位进 攻和防御的导弹垂直发射系统,由马丁・玛丽埃塔负 责研制,并将其命名为 MK41.在MK41 发射箱焊接 过程中,最初采用脉冲 MIG 焊工艺,焊接变形导致 了形位公差超标,最后采用了激光焊工艺,如图

5 所示.最大焊接变形仅为原来的 1/12,焊丝用量减少

5 倍,焊接速度由原来的 0.4m/min 提高至 3m/min,工 作时间减少了 30%. 图5MK41 铝合金导弹发射箱激光焊 3.2 高强钢高压贮气罐激光-MAG 复合焊 高强钢高压贮气罐为航天某型号产品的重要结 构件,主要由 7mm 厚3CrMnSiA 焊接而成.原采用 手工氩弧填丝三层焊工艺,由于 3CrMnSiA 焊接裂纹 倾向较大,焊前需要整体预热到 300~350℃,焊后还 需高温去应力退火,焊接效率低、一次合格率不高、 焊工操作环境恶劣. 采用机器人激光-MAG 复合焊接 工艺,只需两层焊接,且打底层和填充层均采用激光 -MAG 复合焊接,可获得良好的焊缝成形和焊接质 量,如图

6 所示,拉伸试样均断裂在母材上.机器人 激光-MAG 复合焊技术极大地提高了高强钢高压贮 气罐的生产效率和焊接质量. 图6高强钢激光-MAG 复合焊焊缝横截面[8] 综述

2013 年6月第

3 期58 3.3 轻量化构件激光焊 减重一直是航天飞行器不懈的追求,结构设计、 材料选用以及制造技术是实现航天飞行器减重的实 施途径,激光焊接技术是轻量化结构件重要的制造技 术. 航天一院、二院、四院、八院、九院等单位相继 研制出了数控机床或者机器人激光焊接成套装备用 于轻量化结构件的焊接.图7所示哈尔滨工业大学用 于轻量化结构件的激光焊接装备和工艺现场.已实现 了在多个航天器结构件中的研制和批产,替代传统的 电弧塞焊和真空钎焊技术,可使构件减重 30%以上, 效率提高 3~5 倍[2] . 图7航天轻量化构件的激光焊接装备及工艺[2] 3.4 火箭发动机壳体激光焊 马氏体时效钢是制造火箭发动机壳体的重要材 料,国内火箭发动机壳体的焊接一般采用电子束焊接 的方法.电子束焊接由于需要真空环境,原有的真空 室容积将无法满足大尺寸结构的焊接,此外电子束焊 接需要抽真空,降低了产品的焊接生产效率.采用激 光焊接火箭发动机壳体正成为国内外航天研究机构 研究的热点.南非国家激光中心采用激光焊接火箭发 动机壳体,如图

8 所示,拉伸试验断裂在母材上,并 且具有良好的工艺重复性,为火箭发动机壳体焊接探 索了一条新的途径. 图8火箭发动机壳体激光焊 3.5 补偿器激光焊 不锈钢补偿器是运载火箭贮箱增压输送系统的 重要零件.原采用冲压成形再手工氩弧焊的工艺,存 在冲压后回弹及焊接变形等问题,尺寸精度保证困 难.先采用板材滚弯―直管纵缝激光焊―内高压成形 技术,抑制了工件的热变形和回弹,提高成形精度. 图9所示补偿器接头激光焊接和内高压复合成形产 品. 图9补偿器接头激光焊和内高压成形技术

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