第5期 2016年5月
组合机床与自动化加工技术
Modular MachineTool &Automatic ManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)05010003
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2016.05.027
No.5 May2016
钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统设计*
徐志刚"，岳超1,2，侯雯中！，郑帅超"2，王亚军1,3
（1.中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳110179；2.东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110819；3.沈阳理工大学机械工程学院，沈阳110159）
摘要：为了提高飞机壁板结构的蒙皮和加强筋之间的焊接质量，减少蒙皮的焊接变形，设计了钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统。系统采用标准工业激光焊接机器人，双光束激光焊接方法并辅以外部纵向水平驱动轴机构的方案，结构简单，成本较低，可有效的提高焊接质量和速度。通过对工艺参数分析并进行实验，得到了良好的焊接样品，满足了飞机蒙皮焊接的质量要求，有效提高了
飞机的隐身和降噪性能，完善了国内双激光焊接平台焊接长蒙皮结构机身壁板的技术。关键词：焊接质量；T型接头；激光焊接；钛合金
中图分类号：TH122；TG506
文献标识码：A
The Design of T-joint Double-acting Welding System for Titanium Alloy Integral Wall Board
XU Zhi-gang',YUE Chao'.2, HOU Wen-zhong',ZHENG Shuai-chao'2, WANG Ya-jun'.3
(1. Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110179,China;2. College of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110819,China)
Abstract: In order to improve the quality of the weld between aircraft-panel-structure skin and stiffener,and reduce welding deformation of the skin, we devise a welding system named after overall panels made of tita-nium alloy dual role of T-joint laser welding system.The system,simultaneously supplemented by external longitudinal horizontal drive shaft mechanism,is composed of standard industrial laser welding robot and Du-al-beam laser welding method. The system is simple, low cost, which can effectively improve the welding quality and speed. Through analysis of the process parameters and trail and error,we obtain favorable weld-ing samples, which is satisfied with the quality requirements of welding aircraft skin,and effectively improves the noise reduction and stealth performance of the aircraft, therefore,the system consummates an important engineering technology that is applying dual-beam welding platform to the weld of the fuselage panels of stringer skin structure in domestic.
Key words: the quality of the weld; T-joint; laser welding; titanium
引言 0
目前，钛合金材料以其优越的物理化学和机械加工性能在航空方面特别是飞机体结构上已得到了广泛应用！"。钛合金在高温环境下晶粒极易发生畸变，进而影响焊接区域的韧性和塑性[2]。传统激光焊接方式因其自身工艺特征也导致激光焊接金属材料产生气孔和裂纹等缺陷[3]。壁板结构的蒙皮也会因受热而产生变形。
为了实现壁板结构的蒙皮和加强筋之间良好的焊接质量，双作用激光焊接系统采用双机器人同步施焊于T型接头的两侧，解决了加强筋和蒙皮之间的焊接变形问题。双作用的激光焊接机理比单作用的焊接机理更加复杂，它采用两面对称的焊接轨迹，从T型端部
收稿日期：2015-0602；修回日期：2015-06-23
两侧同时进行施焊，可以形成更大焊接熔池，加大了深熔焊顶端小孔的开口，有利于焊缝内气体在焊接过程中顺畅的逸出，增强了焊接的稳定性，从而有效减少了气孔率、增加焊接过程的稳定性，最大程度减小了焊接过程产生的不利变形，控制了蒙皮的外型面形状误差4]。进而提高了飞机的隐身性，并且起到了良好的降噪效果。因此，双作用激光焊接技术得到了国外航
空制造领域的青[5]。 1
系统组成及工作原理
整台设备使用西门子PLC模块进行信号采集与
整体控制，焊接过程由双激光器在光纤糖合器申同时产生等功率激光.再通过激光光纤传输到IPG激光焊
*基金项目：“高档数控机床与基确础制造装备"国家科技重大专项一04专项(2013ZX04001041）
作者简介：徐志刚（1971一），男，沈阳人，中科院沈阳自动化研究所研究员，博士，研究方向为机器人机构学、危险品防爆智能装备及航天器物理伤
）（066 mail) yuechao@ sia. cn。