激光焊接技術在航空制造中的應用2020-08-20
隨著長壽命、高可靠性、低成本、高性能的設計及制造要求，越來越多的新型高性能材料、復雜結構在飛機及航空發動機設計中被廣泛應用，如整體壁板、整體葉盤/葉環、空心葉片、單晶/定向凝固葉片、粉末合金及復合材料構件等。新型高性能材料、復雜結構的擴大使用，在提高裝備性能的同時，也對包括焊接技術在內的航空制造及修理技術提出了更高的要求。
激光焊接具有能量密度高、熱輸入量低、結構變形小、無需真空環境、高質量、高精度、高效率等技術優勢，在各類金屬材料熔化焊接方法中獨占鰲頭；結合工業機器人、視覺傳感跟蹤系統、自動送絲（送粉）系統，易于實現集成化、自動化、柔性化、批量化制造，在全球制造產業中占據越來越高的地位。近年來，隨著高功率激光器的不斷發展，激光束流品質的不斷提高，激光焊接技術實現了由傳導焊向深熔焊的根本性轉變，應用范圍進一步擴大，在航空制造及修理中重要性也不斷提高。
幾種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。這兩種方式最基本的區別在于：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。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。
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。
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