[发明专利]排气管筒体与法兰的双光束激光焊接方法

说明书

本发明涉及一种排气管筒体与法兰的双光束激光焊接方法，包括如下步骤：步骤一：分别将所述排气管筒体与所述法兰的焊接边加工成环形焊接边；步骤二：依据所述环形焊接边的设计参数，规划双光束激光焊接几何位置形态、焊接路径；步骤三：确定双光束激光焊接参数；步骤四：依据双光束激光焊接参数，对所述法兰和所述排气管筒体进行双光束激光焊接；步骤一包括：所述法兰的焊接边内侧制备环形凹槽，所述法兰的环形凹槽的径向高度与所述排气管筒体的壁厚一致；所述排气管筒体的焊接边插入式装配在所述法兰的环形凹槽内。本发明实现法兰和排气管筒体的对接区域可靠焊接和搭接区域的界面充分熔合，显著改善了焊缝成形。

技术领域

本发明涉及飞行器发动机排气管焊接技术领域，特别是涉及一种排气管筒体与法兰的双光束激光焊接方法。

背景技术

大型灭火/水上救援水陆两栖飞行器的发动机排气管包括法兰、排气管筒体、加强环等零件。法兰通常设置于排气管的端部，通过紧固件安装于发动机附近；法兰为环形机加件，其与排气管筒体连接的部位厚度范围为4mm-8mm。排气管筒体为薄壁壳形结构，通常采用钣金方法制造，其中轴线为空间曲线，壁厚范围为0.8mm-1.5mm。加强环通常设置于排气管的尾部，也通过紧固件安装于机体，排气管的长度范围为500mm-2000mm，排气管的横截面直径范围为Φ300mm-Φ1000mm。

排气管是发动机废气排出舱外的主要通道，废气不仅流动速度快，而且温度较高，故排气管的服役环境非常恶劣。为保证排气管的排气通畅功能，排气管内壁应尽量平滑。同时，为与排气管的设计寿命尽量接近，即保证排气管的服役可靠性，排气管的外形几何尺寸精度也应控制在严格的公差范围内。

由于排气管法兰和排气管筒体的环形连接边壁厚差异较大，目前通常采用三种方法实现二者的连接，依次如附图1-3所示，第一种是将法兰的焊接边加工成与排气管筒体等厚且二者的内表面基本齐平，再通过氩弧焊接方法实现二者的对接连接，形成的氩弧焊缝3如附图1所示；第二种是将排气管筒体的焊接边内套安装于法兰的焊接边，搭接量约5mm-20mm，通过氩弧焊接方法实现二者的搭接连接；第三种(专利申请号202110109084.2)是将法兰和排气管筒体的焊接边加工成预设环形焊接边，利用激光焊接的强穿透性和上层母材熔化金属的流淌性实现二者连接并使焊接接头兼具对接和搭接特征。

第一种和第二种焊接方法均是采用氩弧焊接实现排气管法兰和筒体的环形连接，受氩弧焊接热输入大、焊接熔宽较宽的影响，焊接变形较大，排气管焊接后的圆度公差仅能控制在±3mm范围内，导致排气管的实际服役寿命与设计寿命偏差较大；氩弧焊接残余应力大，焊接后必须去应力退火；氩弧焊缝3熔宽较宽的同时，焊缝背面下塌量也相对较大，致使排气管内壁的焊缝打磨强度较大。与第一种连接方法相比，第二种连接方法虽然能够略微降低排气管的焊接变形量，但是不仅增加了排气管内壁的几何尺寸突变，在一定程度上对排气管的排气功能会造成一定的影响，而且搭接接头内部的未熔合界面在疲劳载荷作用下，极易加速裂纹萌生和扩展并降低结构的服役可靠性。第三种连接技术受激光束光斑直径小、焊接熔池小的局限性，导致焊接工艺裕度较窄，当激光束运动轨迹偏离预设轨迹超过0.2mm时，易产生法兰焊接边的顶部边缘未充分熔化、法兰与筒体焊接接头搭接区域出现焊趾咬边等成形不良等问题，如附图3所示，形成的激光焊缝4和焊趾咬边41。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种排气管筒体与法兰的双光束激光焊接方法，包括分别将所述排气管筒体与所述法兰的焊接边加工成环形焊接边；依据所述环形焊接边的设计参数，规划双光束激光焊接几何位置形态、焊接路径；确定双光束激光焊接参数；依据双光束激光焊接参数，对所述法兰和所述排气管筒体进行双光束激光焊接；本发明实现法兰和排气管筒体的对接区域可靠焊接和搭接区域的界面充分熔合，显著改善了焊缝成形。

(2)技术方案

本发明的实施例提出了一种排气管筒体与法兰的双光束激光焊接方法，包括如下步骤：