飞机钛合金结构激光焊接修复工艺

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1、学术论文RESEARCH飞机钛合金结构激光焊接修复工艺LaserWeldingRepairingTechnologyofAircraftTi—AlloyStructure空军第一航空学院94208部队【摘要】基于IPG的4kW光纤激光器，研究了拼接间隙和等效焊接线能量等工艺参数对TC4合金激光焊接接头强度的影响，发现在最佳工艺参数下，接头强度可达母材强度的99．5％。可以满足飞机钛合金结构损伤的修复要求。关键词：激光焊接拼接间隙等效焊接线能量接头强度IABSTRACTlOnthebasisofIPG’S4kWfibrela—serequipment，theeffectofj

2、ointinginterspace，equivalentweldinglineenergyandothertechnologyparametersontheTC4alloy’Sjointstrengthareresearched．Itisfoundthatundertheoptimalparameters，thejoint’Sstrengthcanreach99．5％ofthematrix’Sstrength．whichcanmeetthedemandofdamage’SrepairingofaircraftTi-alloystructrue．Keywords：Laserw

3、eldingJointinginterspaceEquivalentweldinglineenergyJointstrength钛合金由于具有比强度高、热稳定性和热加工工艺性好及耐腐蚀等特点，在现代新型飞机结构材料中得到广泛应用，如在某些新型战斗机中，钛合金的用量已占机体结构总重量的25％以上⋯。然而由于钛合金对缺口、划伤以及其他表面缺陷的敏感性高，所以容易产生裂纹和断裂等各种损伤【2l，其修复技术研究也成为世界各国必须重视的机体修理技术之一。钛合金结构损伤的主要传统修复方法为铆接和氩弧焊焊接。但是，铆接时易于产生新的裂纹且铆接质量不易保证，氩弧焊焊接时对基体的热影响区较大

4、，生成过热组织并形成脆性的析出相，降低了接头强度。激光焊接作为一种新型的焊接工艺，具有焊缝成形好、焊件变形小、操作简单和生产效率高等优点，而且焊接能量密度高，特别适用于高熔点、高反射率的钛合金，是理想的修复工艺阱】。由于TC4型钛合金的使用量已占全部钛合金的75％。80％，故研究采用便于外场修复使用的光纤激光器对TC4合金进行了激光填丝焊接试验，以期为激光焊接修复技术在飞机钛合金结构损伤中的推广提供参考依据。92航牵制造技术·2010年第10期代永朝王东锋杨玉光1激光焊接方法1．1焊前清理氧化膜、油污、灰尘、锈迹和机加工残留的冷却液等均可能对钛合金激光焊接质量造成严重的不良

5、影响15】，在焊接前需对试件表面进行酸洗法清理。其配方为：3％左右的HF酸+35％左右的HNO，水溶液。完成清理工作后，立即进行焊接试验，拿取试样时带棉布手套，禁止直接用手触及试样。1．2试验条件试验材料为TC4合金板材，厚度为2ram，所用激光器为IPG公司的4kW光纤激光器。基本激光参数为焦点直径O．3ram，焦距f=239mm。为防止氧化，试验专用焊接喷嘴，保护气为氩气。激光焊接时激光功率、焊接速度和保护气体流量由前期试验所得的激光焊接工艺参数表l初步确定。按照国家标准GB／T228—2002金属材料拉伸试验方法进行激光焊接接头的拉伸试验，测试的结果为3个试样的平均值

6、。试验分为4个基本步骤：(1)激光焊接参数设计及激光焊接试验；(2)对激光焊接接头进行力学性能测试；(3)以接头强度值为评估指标对工艺参数进行优化；(4)对激光焊接接头进行微观组织分析。表1激光焊接工艺参数表焊接功率／kW1．31．61．92．22．5焊接速度／(m·rain‘1)1．52．02．O3．O流量／(m3·h“)2．403．153．303．603．802试验结果与分析2．1拼接间隙对抗拉强度的影响考虑到激光填丝焊接时，待焊试样的拼接间隙过小不利于填丝，拼接间隙过大又会使焊缝成形困难，故首先在激光功率P=I．9kW、焊接速度V=2．0m／min和保护气体流量Q=3

7、．30m3／h等同定参数下试验，研究拼接间隙对焊接接头抗拉强度的影响，以期确定在满足接RESEARCH学术论文头强度大于90％母材强度(997MPa)的修复要求下，获得最佳拼接间隙值。在本试验的TC4板材对接填丝焊条件下，拼接间隙值对抗拉强度的影响曲线如图1所示。可见在给定激光焊接工艺参数范围内，其间隙值在0．05～0．25ram范围时，接头强度均可满足修复要求；但当拼接间隙为0．20ram时，可得到最佳的焊接修复强度；而当拼接间隙增大到超过0．30mm时，焊缝成形变差，且接头组织还将存在宏观气孔缺陷，不能满足技术