[发明专利]一种改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉薄板激光焊接技术领域，特别涉及一种改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的系统及方法。

背景技术

激光焊接具有能量密度集中，焊接效率高，焊缝组织晶粒细小，深宽比大等优点而受到广泛关注，然而，对于薄板激光焊接，焊接结构中产生的残余应力，焊接变形、凹陷等现象较大的影响了结构的使用性能。

钛合金薄板激光焊接过程中出现的凹陷缺陷，会导致焊接结构的使用性能降低：1、变形量大，影响结构装配；2、凹陷引起应力集中，容易在应力集中处发生失效；然而，现有技术中还没有一种方法能够改善焊缝截面形貌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的系统及方法，以改善钛合金薄板激光焊接过程中出现的凹陷缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

具体技术方案如下：

一种改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的系统，包括工作台、第一压板、第二压板和横向拘束力加载机构；第一压板和第二压板呈T型状，第一压板包括第一竖直部和垂直于第一竖直部的第一水平部；第二压板包括第二竖直部和垂直于第二竖直部的第二水平部；第一压板的第一水平部压在待焊接的第一平板上并与工作台固定，防止第一平板在竖直方向和水平方向移动；第一平板的远离焊缝的一面抵在第一压板的第一竖直部内侧；第二压板的第二水平部压在待焊接的第二平板上并在竖直方向与工作台固定，防止第二平板在竖直方向移动，第二平板的远离焊缝的一面抵在第二压板的第二竖直部内侧；所述横向拘束力加载机构连接所述第二压板。

本发明进一步的改进在于：所述横向拘束力加载机构包括活动板和固定侧板；固定侧板固定在工作台上，固定侧板上设有螺纹孔，预紧螺丝与固定侧板上的螺纹孔相配合，用于推动活动板给第一平板和第二平板施加横向拘束力。

本发明进一步的改进在于：活动板与第二压板之间连接有压力传感器。

本发明进一步的改进在于：第一压板的第一水平部和第二压板的第二水平部之间的间距为3-5mm。

本发明进一步的改进在于：待焊接的第一平板与工作台之间设有第一垫块；待焊接的第二平板与工作台之间设有第二垫块。

本发明进一步的改进在于：第一垫块的长度等于第一水平部的长度，第二垫块的长度等于第二水平部的长度。

本发明进一步的改进在于：第一平板和第二平板为厚度0.6-1.0mm的TC1钛合金板。

一种改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的方法，包括以下步骤：

1）待焊接平板准备：对第一平板和第二平板的待焊接面进行打磨，去除氧化层，然后清洗并吹干；

2）待焊接平板装夹：将步骤1）准备好的第一平板和第二平板固定在改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的系统上；

3）焊接：控制横向拘束力加载机构给第一平板和第二平板施加横向拘束力，然后进行激光焊接，焊接过程中正面、背面、侧吹三路采用氩气保护；其中，控制横向拘束力加载机构施加给第二压板的压强为P，0MPa≤P≤600MPa。

本发明进一步的改进在于：50MPa≤P≤75MPa。

本发明进一步的改进在于：步骤3）中，激光焊接所采用的激光器为Nd:YAG激光器，焊接的工艺参数为：激发电流180A、脉冲宽度5.5ms、焊接速度不高于300mm/min、脉冲频率20Hz，离焦量0mm；正面、背面、侧吹三路氩气的流量大小分别为20L/Min、20L/Min、15L/Min。

本发明进一步的改进在于：横向拘束力的施加方向垂直于焊缝的延伸反向。

本发明进一步的改进在于：横向拘束力的施加方向平行于待焊接平板。

相对于现有技术，本发明具有如下的积极效果及优点：

本发明的改善钛合金薄板激光焊接焊缝形貌的系统设计合理，能够保证横向拘束力加载的准确性与精度，通过施加横向拘束力能够在焊缝中形成凸起，有效的改善钛合金薄板激光焊接过程中出现的凹陷缺陷，解决了凹陷变形所带来的装配问题和应力集中问题，提高试件的性能。

本发明数据采集可靠，采集得到的数据能够准确表征焊接过程中的横向拘束力大小。在此基础上，准确分析不同横向拘束力的大小对改善焊缝形貌效果的影响。该种方法试验操作简单、方便，成本低。

附图说明

图1为实验夹具三维结构示意图图；

图2为实验夹具横截面示意图；

图3为焊接试样示意图；

图4为焊缝横截面取样示意图；