TA15薄板锁底接头激光焊接特性研究

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锁底接头形式因其便于装配,易于密封等优点被应用于在航天航空领域中。该结构存在装配缝隙且属于非熔透焊接,导致在激光焊接过程中非常容易产生下塌、气孔等缺陷。改变焊接工艺参数,如改变离焦量、焊接速度,或者采用摆动激光对锁底接头结构进行焊接能够抑制气孔缺陷,改善焊缝成形,从而得到优质焊缝。因此,本文对常规激光焊接工艺参数和摆动对锁底接头焊接接头气孔缺陷、焊缝成形进行了研究,利用工艺参数与摆动对匙孔稳定性,熔池流动的影响,抑制了锁底接头的气孔缺陷,获得高质量的锁底接头。在钛合金锁底接头激光焊接中,增加摆动能够改善下塌缺陷,使焊缝表面变得光滑,消除明显的凸起和凹陷。摆动频率和摆动幅度主要影响摆动激光对焊接熔池的搅拌作用,改善焊缝成形,使焊缝各处的高度和组织更加均匀。在摆动情况下,未完成锁底的焊缝表面没有鱼鳞纹,而是清晰的激光摆动路径痕迹,焊缝余高很小,表面平整,焊缝两端由椭圆形转变为有明显转角的矩形。基于Flow 3D软件的数值分析方法,分析了离焦量、焊接速度、摆动频率、摆动幅度对焊接气孔的抑制作用和锁底接头气孔敏感性原因。增大离焦量能够使匙孔开口增大,提高焊接匙孔稳定性;增大焊接速度可以改变焊接熔池流场涡流方向,促进气体逸出熔池;摆动能够使温度分布更加均匀,促进了熔池深度方向的物质交换,有利于内部气体运动到熔池表面。锁底接头气孔敏感性是由于熔化金属塌陷填充装配缝隙,过程中无法将原本存在横向装配缝隙中的气体完全挤出,气体被卷入到熔池中,增加了熔池内气体进入量。增大离焦量、焊接速度、摆动频率和摆动幅度都能够使焊缝物质分布更加均匀,离焦量和焊接速度对熔池流动的作用效果类似,都低于摆动对熔池流动的改善作用。离焦量和焊接速度的增大能够抑制焊接气孔,但是会影响焊缝的表面成形和下塌状态,所以对焊接气孔的抑制作用有限。摆动频率和摆动幅度的增大能够很好的抑制焊接气孔,焊接频率超过80Hz或摆动频率超过1.2mm时,焊接气孔几乎被完全抑制。
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