幾種航空制造方面激光焊接方法及其應用

針對航空制造業的激光焊接技術，目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各種航空金屬材料的理論及應用，通過基礎理論的建立，輔以大量的試驗驗證，激光焊接技術已經成熟地應用于航空及武器裝備制造的諸多領域。下面簡單介紹幾種激光焊接方法及其應用：

1. 單激光焊接
按焊接熔池形成的機理區分，激光焊接可分為兩種：熱傳導焊接和激光深熔焊。這兩種方式基本的區別在于：前者熔池表面保持封閉，而后者熔池則被激光束穿透成小孔。

（1）熱傳導焊接
當功率密度約為105～ 106W/cm2的激光照射在材料表面時，一部分激光被反射，另一部分光能被材料吸收轉化為熱能使焊件表面熔化，材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料 深處傳遞，形成熔池，將兩焊件熔接在一起。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。圖1為利用激光熱導焊為飛機某零件進行密封。
（2）激光深熔焊
當功率密度比較大（約為106～107W/cm2）的激光束照射到材料表面時，材料吸收光能轉化為熱能，工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金 屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動 時，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在航空制造領域，除了微薄零件或特殊要求之外，一般均使用深 熔焊。圖2是采用激光深熔焊焊接的某飛機結構件。

2. 激光-電弧混合/復合焊
隨著激光焊接技術在工業中的成熟應用，激光焊接技術的不足之處也日漸顯露：設備投資、使用成本大，能量利用率低；對工件的焊接裝配精度要求高；對于 高反射率金屬難以實現激光焊接且容易對激光設備造成損壞；高焊接速度導致焊縫快速凝固，接頭中容易產生氣孔、咬邊缺陷，焊縫組織脆性，甚至焊接裂紋。
為避免單激光焊接出現的問題，研究者提出了激光與電弧復合的焊接方法，其出發點是利用電弧焊接的低成本、適用范圍寬等特點輔助激光來進行焊接。激光 －電弧復合主要是激光與PAW、TIG或MIG/MAG的復合。目前，主要研究了LASER-PAW和LASER-MIG兩種復合焊接方法：

（1）LASER-PAW復合焊接技術
等離子弧的引弧性和穩弧性優于TIG焊，電極不易損耗，采用等離子弧與激光復合熱源（如圖3）進行焊接是一種過程很穩定的焊接技術，有利于保證焊接 質量。不需要真空系統，可以在大氣條件下進行大型中厚度零件的焊接；較高的焊接速度，降低了零件的焊接變形；焊接工藝裕度大，對于焊前零件的裝配間隙和焊 縫的對中要求可以大大降低，具有良好的實用性。圖4是LASER-PAW復合焊接飛機桶體結構模擬件。
（2）LASER-MIG復合焊接技術
LASER-MIG復合焊接技術是激光電弧復合焊接提出以來，研究多、為廣泛的一種復合焊接方法（如圖5）。MIG焊接容易使用焊絲填充焊縫， 采用激光-電弧復合焊接的方法進一步擴大拼縫間隙裕度、減少或消除焊接后接口部位的凹陷，改善焊縫形貌；此外，通過選擇不同的焊絲，還可調整焊縫的化學成分，改善力學性能。http://www.baijinhui88.com/


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