【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光焊接，更具体地说，涉及用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法。
技术介绍
1、隔热屏是安装在飞机发动机尾喷口内壁，通常由隔热屏基体1和其上分布的螺柱2组成(典型结构详见图1)，隔热屏基体1常呈曲面结构，多块隔热屏首尾相接形成环状，隔热屏内壁(未设置螺柱的一面)有排气顺畅功能，故内壁形面精度要求很高，隔热屏外围表面，间隔设置若干螺柱(间距约30mm-80mm)，用于安装固定其他结构。螺柱规格约在m6mm-m15mm。通过一定压力的散热空气流，穿过隔热屏基体上具有一定流向、密集设计的散热孔阵列(所述散热孔阵列与焊缝不重叠，或焊缝位置避开了所述散热孔)，形成隔热气膜，实现有效隔离高温喷气向外围钛合金等金属承力框梁支撑结构的热传递，从而有效保障发动机及其周围结构的服役可靠性和安全性，进一步增强了机体寿命。
2、隔热屏基体和螺柱最常用的连接方法是螺柱焊，即将螺柱一端与基体表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。隔热屏(包括螺柱)的材质通常选用高温合金。螺柱焊接时，螺柱一端与母材相接触的界面完全熔化，并施加给母材一定的压力。为防止母材产生较大的变形，一方面需要从母材背面进行支撑以消减施加给母材的力，另一方面需要母材的厚度应超过一定阈值，该阈值与母材自身的属性或性能密切相关，故母材的厚度δ要求不低于0.5mm，且最适用螺柱焊的薄壁基体厚度δ在2mm以上。
3、航空发动机结构对减重要求严格，隔热屏经常采用壁厚在0.5mm-1.0mm范围内的薄壁曲面基体，并在其上均匀连接很多
4、为解决壁厚在0.5mm-1.0mm范围内的高温合金隔热屏的螺柱焊接问题，又最大限度消除隔热屏基体上的散热孔阵列对焊接变形的影响，特提出采用热输入非常小的激光焊接方法代替螺柱焊接。专利申请号202011375525.5提出将螺柱叠接优化为角接，并采用激光间隔点焊和环形焊缝周向均布焊接的方法实现螺柱的连接，然而，该方法所获得的接头强度不高，无法满足发动机相关结构长寿命高强度服役要求。同时，环形焊接时，收焊部位的弧坑很容易形成裂纹、凹陷等缺陷。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是现有的发动机隔热屏的焊接接头强度不高，且在收焊部位容易形成裂纹、凹陷等缺陷。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
5、本专利技术提供一种用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，用于焊接连接隔热屏基体和螺柱，包括以下步骤：
6、步骤s1、在隔热屏基体上开设装配孔，并加工与所述装配孔相适配的螺柱；
7、步骤s2、选用具有三角形脉冲波形的激光束作为焊接激光源，所述激光束的脉冲激光宽度b＝2t1+t2，其中：2t1为三角形脉冲波形的宽度，t2为激光处于无能量状态的延迟宽度；
8、步骤s3、以t1为单一变量进行多组焊接试验，以及以t2为单一变量进行多组焊接试验，获取不同t1大小状态下和不同t2大小状态下对应的焊缝熔宽和焊点衍接状态，并统计试验结果，建立焊接成形工艺数据库；
9、步骤s4、将所述螺柱装配至所述装配孔中，规划所述螺柱与所述连接隔热屏基体间的焊缝区域，所述焊缝区域包括能够实现所述螺柱与所述连接隔热屏基体间密闭连接的正常焊道区域、和与所述正常焊道区域连接的收焊焊道区域；
10、步骤s5、根据所述焊接成形工艺数据库，控制其他焊接参数不变，选取合适的t1值和t2值焊接所述正常焊道区域，焊接过程中：当激光束运行至n·b+t1时，激光束的功率上升至峰值功率p0，其中n为整数且n≥0；
11、步骤s6、控制其他焊接参数不变，以等比例的幅值η降低激光功率p0、t1和t2，焊接所述收焊焊道区域，当所述激光束的功率降低至仅能使母材形成热导焊状态时，结束收焊。
12、优选地，所述激光焊接方法还包括：
13、步骤s7、对所述焊缝区域进行无损检测。
14、优选地，采用渗透检测方法或x射线检测方法对所述焊缝区域进行无损检测；当采用x射线检测方法进行无损检测时，x射线倾斜预设角度α对所述焊缝区域周向均布照射2-3次，其中所述预设角度α的调节范围为30°～60°。
15、优选地，t1的取值范围为20ms～60ms，t2的取值范围为20ms～40ms，η的取值范围为70％～90％。
16、优选地，在所述步骤s1中：所述螺柱具有相对设置的法兰端和螺纹端，所述隔热屏基体上开设有与所述法兰端直径相匹配的装配孔，所述法兰端的厚度等于所述隔热屏基体的厚度。
17、优选地，所述法兰端装配至所述装配孔中时，所述法兰端远离所述螺纹端的外表面与所述隔热屏基体的外表面平齐，且两者间的错边量不大于0.1mm，所述法兰端与所述装配孔的装配间隙不大于0.1mm。
18、优选地，所述其他焊接参数包括焊接速度、激光功率、离焦量、惰性保护气流量、扫描轨迹、扫描幅度和扫描频率；其中，所述扫描轨迹为圆形，所述扫描幅度不大于1.2mm，所述扫描频率的调节范围为50hz-100hz。
19、优选地，焊接所述正常焊道区域前，采用激光清洗或化学清洗的方法对隔热屏基体和螺柱进行清洗。
20、优选地，在焊接所述正常焊道区域和所述收焊焊道区域时，使用惰性气体对焊接熔池和高温区进行保护。
21、优选地，所述螺柱与所述连接隔热屏基体间具有封闭的环形焊缝，所述正常焊道区域的长度为所述环形焊缝的长度的1倍-1.2倍。
22、(三)有益效果
23、本专利技术的上述技术方案至少具有如下优点：
24、1、选用具有三角形脉冲波形的激光束作为焊接激光源，且该激光束的相邻两脉冲波形之间具有延长宽度，焊接时，使母材处于高能量密度激光束的热辐射作用时间非常短暂，伴随着快速的能量升降和无能量状态的时间延迟，使激光焊接热输入保持在非常低的水平，有利于将发动机隔热屏螺柱激光焊接的型面变形量控制在非常小的范围内。
25、2、在正常焊道区域的焊接参数基础上，保持焊接速度等其他参数不变，通过逐渐以等比例幅值降低激光功率、能量作用时间等参数，使收焊焊道区域的能量逐渐衰减，激光焊接作用模式相应地由深熔穿透焊接模式转换为热导焊接模式，有效弱化了弧坑现象，极大抑制了弧坑缺陷(包括弧坑裂纹)的产生机率，显著降低了补焊概率，大幅提高了焊接质量和焊接作业效率。
26、3、优化了隔热屏基体与螺柱的接头设计，通过在隔热屏基体上开设装配孔，并加工与装配孔相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，用于焊接连接隔热屏基体和螺柱，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法还包括：
3.如权利要求2所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，采用渗透检测方法或X射线检测方法对所述焊缝区域进行无损检测；当采用X射线检测方法进行无损检测时，X射线倾斜预设角度α对所述焊缝区域周向均布照射2-3次，其中所述预设角度α的调节范围为30°～60°。
4.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，t1的取值范围为20ms～60ms，t2的取值范围为20ms～40ms，η的取值范围为70％～90％。
5.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，在所述步骤S1中：所述螺柱具有相对设置的法兰端和螺纹端，所述隔热屏基体上开设有与所述法兰端直径相匹配的装配孔，所述法兰端的厚度等于所述隔热屏基体的厚度。
6.如权利要求5所述的用于控
7.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，所述其他焊接参数包括焊接速度、激光功率、离焦量、惰性保护气流量、扫描轨迹、扫描幅度和扫描频率；其中，所述扫描轨迹为圆形，所述扫描幅度不大于1.2mm，所述扫描频率的调节范围为50Hz-100Hz。
8.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，焊接所述正常焊道区域前，采用激光清洗或化学清洗的方法对隔热屏基体和螺柱进行清洗。
9.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，在焊接所述正常焊道区域和所述收焊焊道区域时，使用惰性气体对焊接熔池和高温区进行保护。
10.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，所述螺柱与所述连接隔热屏基体间具有封闭的环形焊缝，所述正常焊道区域的长度为所述环形焊缝的长度的1倍-1.2倍。
...【技术特征摘要】
1.一种用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，用于焊接连接隔热屏基体和螺柱，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法还包括：
3.如权利要求2所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，采用渗透检测方法或x射线检测方法对所述焊缝区域进行无损检测；当采用x射线检测方法进行无损检测时，x射线倾斜预设角度α对所述焊缝区域周向均布照射2-3次，其中所述预设角度α的调节范围为30°～60°。
4.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，t1的取值范围为20ms～60ms，t2的取值范围为20ms～40ms，η的取值范围为70％～90％。
5.如权利要求1所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，其特征在于，在所述步骤s1中：所述螺柱具有相对设置的法兰端和螺纹端，所述隔热屏基体上开设有与所述法兰端直径相匹配的装配孔，所述法兰端的厚度等于所述隔热屏基体的厚度。
6.如权利要求5所述的用于控制发动机隔热屏收焊缺陷的激光焊接方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：许飞，潘士建，郭路云，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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