钛合金激光焊接∕超塑成形技术研究.pdf

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1、s刚。BTEcHN吼oGY超塑成形／连接技术钛合金激光焊接／超塑成形技术研究StudyonLaserBeamWelding／SuperplasticForming7Ibchnologyof’11taniumAUoy北京航星机器制造有限公司李保永孙赕刘洋汪永阳哈尔滨工业大学蒋少松张凯锋【摘要】采用气胀成形方法对TAl5钛合金四层结构芯板加强结构的激光焊接(LBW)／超塑成形(SPF)技术进行了研究。结果表明，满足超塑成形的最佳激光穿透焊接工艺参数为：功率2300w，焊接速率O．8m·min～，离焦量+1；最佳超塑成形参数为：成形温度930℃，成形压力2．0MPa，成形时间60min；芯板加强结构

2、成形效果良好。关键词：钛合金激光焊接超塑成形【ABSTRACT】Thelaserbe锄weldin∥supe印las-ticfo咖ingtecllll0109yofTAl5titaniumalloys仃engthencOreboardinfourlayersstmcturebyinnatablefomingmethodisstudied．Themostappropriateparametersoflaserbeamweldingprocessforsuperplasticfomingarethatpower2300W，weldingspeedO．8m·min。1andthede．focusin

3、gamount+1．Themostappmpriateparametersofsupe印lasticfomlingarethattemper栅e930℃，fonningpressure2．0MPaandfomingtime60min．Thefo姗inge仃ectofthes恤ngmenboardisgood．Keywords：TitaniumalloyLaserbeamweldingSuperplasticforming结构整体化已成为现代航空航天工业发展的主要方向之一，整体构件在减小结构重量、改善结构完整性和提高机体承载效率等方面具有独特的优势n叫。超塑成形／扩散连接三层板、四层板等中空夹层

4、结构，在航空航天工业中得到广泛运用，如整体宽弦风扇叶片、飞行器翼面、舵面等构件的制造【l’51。随着中空夹层结构向着更加复杂大型的方向发展，整体工艺难度和成形时间均大幅度增加，使得超塑成形制品的合格率、力学性能、生产效率及成本控制难度显著提高，并使扩散连接焊合率的判定更加困难。为解决上述难题，超塑性成形与焊接的组合技术正日益受到重视和发展【6】。采用焊接技术取代部分或全部扩散连接，可以降低或消除扩散连接焊合率判定难度，缩短工件高温曝露时间，改进工件性能，并可解决扩散性能较差的材料多层结构的成形难题。本文将激光焊接工艺与超塑成形工艺相结合，探索采用激光焊接工艺取代四层中空夹层结构芯板之间扩散连接

5、的可行性，以缩短常规四层超塑成形／扩散连接构件的制造周期，提高零部件生产的质量与效率，并降低生产成本。1试验材料与方法试验材料为退火态TAl5钛合金板材，厚度1．3mm。采用激光穿透焊接将两钛合金板材按照预定的图形穿透焊接获得总厚度为2．6mm的芯板加强结构毛坯。使用ROFIN—SINAR公司生产的SLABDC一030型数控CO，横流连续激光发生器进行激光穿透焊接试验。最大功率3kw，TEM01光束模式，聚焦直径o．1mm，加工定位精度±0．03。焊接试验方案如下：(1)取焊接功率2．0kw、焊接速率o．8m／min，分别对离焦量+2、+1、0、一1和一2进行穿透焊接试验，以确定合理的离焦量；

6、(2)选择激光功率1．7kw，2．0kW和2．3kW，焊接速度0．6m／min，0．8m／min，1．0m／min，进行激光穿透搭接试验。通过室温剪切试验、接头情况和断裂方式等综合确定最佳焊接参数。进行四层中空夹层结构的芯板激光穿透焊接及芯板的封边、焊接进气通道，完成四层中空夹层结构芯板超塑成形毛坯的制造。接着在数值模拟的基础下进行四层结构的芯板的超塑成形，获得独立的芯板加强结构件。2激光焊接工艺参数的确定在不同离焦量下获得的激光穿透焊接接头如图1所示。通过X光检测及局部断面金相检测，各组参数下获得的接头均无明显气孔和咬边等缺陷。图2是+1离焦量时穿透接头的金相组织。由于+1离焦量时接头上下对

7、称度好，中间接头也较宽，两层板变形区相对一致，有利于保证最终超塑成形的成功率和对称度，故确定穿+2+l0一l一2图1不同离焦■下的穿透接头截面形状Fig．1SectionsofoVerIapjointafdjfferentdefocusingamount2013年第16期·航空制造技术65超塑成形／连接技术s州DBTEcHN吼。GY图2+1离焦量时穿透接头的金相组织Fig2Microstructu