双光束激光焊接技术研究现状及应用_赵耀邦.pdf

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1、FORUMOFTHEYEAR双光束激光焊接技术研究现状及应用ResearchStatusandApplicationofDualBeamLaserWeldingTechnology上海航天精密机械研究所赵耀邦成群林李中权上海航天技术研究院王玉平阐述了双光束激光焊接技术特点及研究现状，对钛合金双光束激光焊接工艺进行研究，采用双光束激光焊能增强激光焊接的工艺适应性，减少焊接缺陷，焊接过程更加稳定。试验研究表明，钛合金双光束激光焊焊缝成形良好，钛合金双光束激光焊接头强度与母材相当。采用双光束激光焊接某钛合

2、金薄壁结构件，满足设计要求的焊缝质量标准要求。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.23/24.090赵耀邦博士，2012年就职于上海航天精密时钛合金、铝合金激光焊的气孔倾向TIG焊、激光焊、双光束激光焊3机械研究所。现任上海航天精密机械研较大，给激光焊接技术在薄壁结构件种焊接工艺在焊接残余应力和变形、究所技术研发中心激光加工专业副主任的应用带来了困难。焊缝和热影响区宽度、间隙和错边适研究师，高级工程师。作为技术负责人为解决常规单光束激光焊存在应性、气孔倾向、合金元素烧

3、损和挥或主要技术人员参与了国家重大科技专项、总装探索一代等多项激光加工装备的局限性，将单光束激光分离成两束发等方面的比较如表1所示。可看及工艺研究项目。激光，通过改变两束激光能量配比、出双光束激光焊既保留了一般激光光束间距、排布方式，对激光焊接温焊的优点，又克服了其固有缺陷。由度场、流动场进行方便、灵活调节，改此可见，双光束激光焊技术是实现薄因激光焊的激光束光斑直径小，变匙孔的存在模式与熔池的流动方壁结构件优质化、高适应性焊接的重可精确控制焊接热输入，焊接线能量式，提高单激光焊的工艺适应性，为要技术

4、途径。小，因此激光焊接变形和残余应力均激光焊接工艺提供更加广阔的选择很小，同时焊接热影响区窄、焊缝金空间。双光束激光焊接不仅拥有激双光束激光焊接属晶粒粗化倾向小。光焊残余应力变形小、接头质量好等技术发展现状对于钣金成形的薄壁结构件来优点，且能较好解决常规激光焊接间1双光束激光焊接机理研究说，由于成形精度难以控制，焊接装隙适应性差、气孔倾向大、合金元素双光束激光基础研究的重点集[1]配间隙较大，且存在一定的错边，同烧损严重等问题。中在单光束与双光束对比下的温度90航空制造技术·2015年第23/24期

5、航空焊接技术AviationWeldingTechnology表1TIG焊、单光束激光焊、双光束激光焊3种焊接工艺比较参数TIG焊单光束激光焊双光束激光焊焊接残余应力、变形大小小焊缝、热影响区宽度宽窄窄（a）TIG焊纵向挠曲变形间隙、错边适应性好差好气孔倾向小大小合金元素烧损、挥发少多少场、流动场分布特征以及等离子体、1.5mm厚钛合金双光束激光焊（b）TIG焊横向角变形匙孔稳定性等方面。和TIG焊焊缝表面成形对比如图1宾夕法尼亚大学J.Hu对双光束所示，可看出传统TIG焊工艺无论激光焊接匙孔形貌进

6、行了三维数值是焊缝正面还是背面的宽度均远大仿真计算，研究发现随着两束光光斑于双光束激光焊。因此，双光束激光间距增加，由一个匙孔逐渐变为两焊接焊缝及热影响区宽度均远小于（c）双光束激光焊纵向挠曲变形[2]个，熔池尺寸增大。曼彻斯特大学TIG焊。Blackburn等采用高速摄像研究了钛2钛合金双光束激光焊接变形合金双光束激光焊接等离子体特征，为定性描述双光束激光焊接对发现与单光束激光焊接相比，光致等焊接变形的控制，对比测量平板TIG离子体更加稳定，分析得出双光束激焊和双光束激光焊在纵向挠曲变（d）双光束

7、激光焊横向角变形光焊匙孔一直处于开放状态，从而使形和横向角变形的大小，如图2所图2平板TIG焊和激光焊焊接变形对比得等离子体从匙孔中不断逸出，匙孔示。TIG焊纵向最大挠曲变形高达拉强度为1040.2MPa，与母材的抗拉内等离子体的压力值始终保持在较14.3mm，双光束激光焊只有2.7mm；强度相当。焊接接头的断裂位置均低水平，因此不会出现剧烈的等离子TIG焊横向最大角变形8.6°，双光束在母材区域，说明焊缝的抗拉强度稍体从匙孔内爆发而出的现象，焊接过激光焊只有2.4°。高于母材，与文献[5]采用单光

8、束激[3]程中飞溅较少。3钛合金双光束激光焊接力学性能光焊接钛合金的力学性能大致相当。2双光束激光焊接应用研究钛合金焊接接头的室温平均抗4钛合金薄壁结构件双光束激光在航天领域，南非科学与工业研焊接究中心国家激光中心（CSIR:National针对某钛合金薄壁结构件纵缝LaserCenter）开展了用于导弹发动双光束焊接，采用琴键式工装夹紧，机壳体的马氏体时效钢激光焊接技焊缝正面、背面同时有氩气保护，术研究，分别采用单激光焊、双光束（a）TIG焊正面焊缝成形为避免焊接过