钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法技术

本发明专利技术提供了一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，针对钛合金薄壁舱体与内部凸台的结构设计，组合装配和激光点焊工艺，提出了钛合金薄壁舱体与内部凸台的穿透式激光焊接工艺方案，并采用工装将舱体两端封闭，并将舱内充满惰性气体，用于穿透焊接对舱体内壁的保护，同时，在凸台周边增加延伸凸台设计，延伸凸台厚度与舱体壁厚相同。不仅可以解决非穿透焊接时的气孔缺陷影响承载性能的问题，有效提高焊点质量，还可以有效控制焊缝横截面形貌的对称性，提高参与应力的均匀性，有效减少变形量。

Laser Spot Welding Method for Titanium Alloy Cabin and Internal Salient

The invention provides a laser spot welding method for titanium alloy cabin body and internal protrusion. Aiming at the structural design, assembly and laser spot welding process of titanium alloy thin-walled cabin body and internal protrusion, a penetrating laser welding process scheme for titanium alloy thin-walled cabin body and internal protrusion is proposed. The two ends of the cabin body are sealed by tooling, and the cabin is filled with inert gas for penetrating welding. At the same time, the design of the extended convex platform is added around the convex platform. The thickness of the extended convex platform is the same as that of the bulkhead. It can not only solve the problem of pore defect affecting the load-bearing performance in non-penetrating welding, but also effectively improve the quality of weld joint, effectively control the symmetry of cross-section morphology of weld, improve the uniformity of participating stress and effectively reduce the amount of deformation.

【技术实现步骤摘要】
钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法
本专利技术涉及钛合金激光点焊领域，具体地，涉及一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，尤其涉及一种钛合金薄壁舱体与内部凸台的激光点焊方法。
技术介绍
钛合金凭借高比强度、高韧性、耐高温、抗腐蚀等一系列优异性能，在航天产品上得到了广泛应用。随着战术武器的飞行速度越来越快，其弹上舱体结构等关重件也开始采用钛合金制造，舱体内部诸多凸台诸如加强筋、支座等部件需要与舱体结构可靠连接，目前主要采用电阻点焊技术。硕士学位论文《钛合金舱体结构件激光点焊变形预测与焊接顺序优化》(哈尔滨工业大学，2013年6月1号发表)，以及论文《焊点形状对TC4钛合金激光点焊力学性能的影响》(中国激光，2013年12月，第40卷第12期)设计了四种不同形状的焊点并进行TC4钛合金搭接接头激光非穿透焊工艺试验。研究了不同焊点的抗剪性能差异，分析了典型焊点的断裂行为及其原因。结果表明，焊点的抗剪载荷与熔合面面积有关；双排断续焊点在同等的熔合面面积下具有最大的抗剪载荷，相对于双排断续焊点，C形焊点焊后残余应力的存在使得端点处应力集中进而降低了接头静载性能。中国专利201611213953.1(公开号CN106735850A，公开日2017.05.31)公开了一种钛合金板材特殊点焊的连接装置及方法，该方法类似于铆接原理，工艺过程复杂且工作量较大成本较高，更适合于厚板钛合金的局部少量点连接。综上所述，钛合金电阻点焊技术虽然成熟可靠，但也存在一些工程应用上的问题，由于钛合金舱体结构功能复杂，内部凸台众多，因此焊点数量庞大，往往高达数百个点，质量要求严格，而电阻点焊工艺主要依靠手工操作，且需要电极深入到舱体内部，工作量较大，焊点质量一致性不佳，精度不高，虚焊漏焊现象频发；同时，由于电阻电焊需要额外施加压力，结构件变形较大。因此对新的工艺技术方案需求迫切，而目前的研究表明，钛合金舱体激光点焊技术上是可行的，但仍然还存在诸多问题，主要体现在惰性气体保护方案不完善导致背面有氧化现象，接头形式设计不合理以及焊接工艺的不对称而导致变形大。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法。根据本专利技术提供的一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，包括：焊接准备步骤：将钛合金舱体和内部凸台进行预处理；装配步骤：将钛合金舱体和内部凸台进行组合装配；激光点焊步骤：将钛合金舱体和内部凸台通过激光束激光点焊实现连接；其中，所述预处理包括加工制造、清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。优选地，所述装配步骤中，采用工装将钛合金舱体封闭，并将钛合金舱体内部充满惰性气体。优选地，所述激光点焊步骤中，焊点形貌包括O型、C型以及I型中的任一种或任多种组合。优选地，所述激光点焊步骤中，采用的激光束穿透钛合金舱体实现与内部凸台的激光点焊。优选地，所述内部凸台包括延伸凸台，所述延伸凸台的厚度与钛合金舱体的舱体壁厚度相同。优选地，所述钛合金舱体的舱体壁厚度为1mm～3mm。优选地，所述激光点焊步骤中，工艺参数如下：激光功率：1000W～3000W；焊接速度：0.5m/min～2m/min；离焦量：-1mm～-3mm。优选地，所述离焦量的绝对值与钛合金舱体的舱体壁厚度相等。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，具有步骤清晰直接，易于操作，焊接效率高的优点；2、通过采用钛合金薄壁舱体与内部凸台的穿透式激光焊接工艺方案，同时采用工装将舱体两端封闭，并将舱内充满惰性气体，用于穿透焊接对舱体内壁的保护(在钛合金焊接过程中，焊缝正面和背面都需要保护，但钛合金焊接的正面保护对专业技术人员属于常识内容，因此不做特别说明)；可以解决非穿透焊接时的气孔缺陷影响承载性能的问题，从而提升焊缝的抗剪切性能，有效提高焊点质量；3、通过采用在凸台周边增加延伸凸台设计，延伸凸台厚度与舱体壁厚相同的方法，并且激光点焊的主要参数之一离焦量，其绝对值与舱体厚度相同。可以有效控制焊缝横截面形貌的对称性，提高参与应力的均匀性，有效减少变形量。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法的优选例中激光点焊方案示意图；图2为本专利技术提供的钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法的优选例的流程示意图。图中示出：钛合金舱体1内部凸台2激光束3具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，包括：焊接准备步骤：将钛合金舱体1和内部凸台2进行预处理；装配步骤：将钛合金舱体1和内部凸台2进行组合装配；激光点焊步骤：将钛合金舱体1和内部凸台2通过激光束3激光点焊实现连接；其中，所述预处理包括加工制造、清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。优选地，所述装配步骤中，采用工装将钛合金舱体1封闭，并将钛合金舱体1内部充满惰性气体，例如氩气。所述激光点焊步骤中，焊点形貌包括O型、C型以及I型中的任一种或任多种组合。所述激光点焊步骤中，采用的激光束3穿透钛合金舱体1实现与内部凸台2的激光点焊。所述内部凸台2包括延伸凸台，所述延伸凸台的厚度与钛合金舱体1的舱体壁厚度相同。所述钛合金舱体1的舱体壁厚度为1mm～3mm。所述激光点焊步骤中，工艺参数如下：激光功率：1000W～3000W；焊接速度：0.5m/min～2m/min；离焦量：-1mm～-3mm。具体地，所述离焦量的绝对值与钛合金舱体1的舱体壁厚度相等。更具体地，本专利技术的优选例主要步骤如下：(1)在TC4钛合金凸台周边增加延伸凸台设计，延伸凸台厚度δ2与舱体壁厚δ1相同，均为1.5mm；(2)采用线切割制造凸台，冷拔并机加工制造出舱体；(3)钛合金舱体1与内部凸台2进行酸洗和烘干；(4)采用夹具将钛合金舱体1与内部凸台2紧密装配；(5)采用夹具将钛合金舱体1两端封闭，向舱内的底部通入Ar气，把空气全部排出；(6)采用激光点焊工艺实现钛合金舱体1与内部凸台2的连接，点焊的主要工艺参数为：激光功率为2000W，焊接速度为1m/min，离焦量为-1.5mm。进一步地，一般金属材料的点焊，对焊缝背面并不采取保护措施，保护需求不够迫切，但对于钛合金焊接，尤其是穿透焊接时，钛合金焊点背面氧化严重，非保护不可。钛合金激光点焊目前研究较少，已查阅到的研究中，钛合金通常采用非穿透焊点，以优化氧化问题，但在焊缝背面未采用惰性气体保护的现有技术方案下，焊缝背面还是出现明显氧化现象，影响了焊点背面的表面质量。因此本专利技术通过采用工装将舱体两端封闭，并将封闭舱内充满惰性气体，可以实现一次装夹，即可对所有焊点在焊接过程中的焊缝背面进行保护，确保接头质量。并且，一般金属材料的点焊，往往只关注激光穿透搭接接头的搭接面(点焊属于搭接接头)，而忽视了对搭接结构的整体关注，从降低激光功率要求(可以降低投资成本)和降低焊接热输入(可以适当降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，其特征在于，包括：焊接准备步骤：将钛合金舱体(1)和内部凸台(2)进行预处理；装配步骤：将钛合金舱体(1)和内部凸台(2)进行组合装配；激光点焊步骤：将钛合金舱体(1)和内部凸台(2)通过激光束(3)激光点焊实现连接；其中，所述预处理包括加工制造、清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，其特征在于，包括：焊接准备步骤：将钛合金舱体(1)和内部凸台(2)进行预处理；装配步骤：将钛合金舱体(1)和内部凸台(2)进行组合装配；激光点焊步骤：将钛合金舱体(1)和内部凸台(2)通过激光束(3)激光点焊实现连接；其中，所述预处理包括加工制造、清洗、酸洗以及烘干中的任一种或任多种组合。2.根据权利要求1所述的钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，其特征在于，所述装配步骤中，采用工装将钛合金舱体(1)封闭，并将钛合金舱体(1)内部充满惰性气体。3.根据权利要求1所述的钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，其特征在于，所述激光点焊步骤中，焊点形貌包括O型、C型以及I型中的任一种或任多种组合。4.根据权利要求1所述的钛合金舱体与内部凸台的激光点焊方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡佩佩，金诚，张大伟，孙晓亮，孙锡建，李中权，别亚星，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31