来源：微信公众号——高能束加工技术及应用

1、导读

钛合金作为新型的轻质合金，因其比强度高、耐蚀性能好、无磁性、较好的韧性和焊接性等优异特性，被广泛的应用于航空航天、军工、船舶、汽车、医疗等领域[1,2]。随着钛合金在航空航天中的优势越来越明显，在航空航天工业大批量使用钛合金是未来发展的趋势，但为了提高航空航天工业制造技术的水平并且能够有效的降低制造成本，这对钛合金的加工制造工艺提出了新的要求，也成为了近几年航空航天制造领域最为关注的点。本文主要介绍了几种常见钛合金激光焊接技术在航空制造中的应用，并对钛合金焊接在航空领域中的应用前景进行了展望。

2、常见钛合金的激光焊接技术

在航空领域中，激光焊接技术主要被用于合金飞行舵翼的焊接，机身附件装配的焊接，航空发动机叶片修复的焊接等。近年来，激光焊接技术也多用于薄壁零件制造，如进气道、波纹管等。其中，钛合金机身壁板作为飞机的重要部分，因其存在大量的T型结构因而常常采用T形接头双光束激光焊[3],如图1所示。常见的激光焊接技术在对飞机机身整体壁板使用T型焊接时，会因为产生变形、加强筋翻边等问题导致机身重量增加，但T型接头双光束激光焊接技术解决了这个问题[4]，如图2所示，同时在双光束的作用下，板材容易形成较大的熔池和匙孔，促进了气体的排出，大大减小了孔隙率；提高了激光焊接过程的稳定性，减少热影响区面积，改善焊缝质量;减小激光焊接过程中金属熔化造成的不利变形，有效控制了蒙皮表面形状误差。随着焊接水平的不断提高及创新，激光焊技术逐渐在飞机钛合金壁板类关键构件的焊接中得到广泛应用。

图1.飞机机身加筋壁板

图2. 双激光束双侧同步激光焊接

此外，激光焊接也被应用于航空发动机薄壁高精度构件中，如图3所示。随着国外航空航天的飞速发展，国内也尤为重视航空构件的研发与应用，其中激光焊接技术是尤为重要的高效加工手段，这也带动了一批优秀的科研人员对航空发动机进行了大量的研究。

(1)美国普惠公司完成涡轮叶片所需部件的自动激光焊接,如JT9D和FLO的二级涡轮转子叶片以及V2500、F100-PW-220、PW2037、PW4000等发动机的涡轮叶片、导向叶片、机匣及燃烧室等。

(2)英国R&R公司用固体激光器与机器人组合完成钛合金和高温合金的自动化焊接，保证了焊缝和焊接过程的一致性，减少了焊接变形，接头残余应力低，大大减少了校形工作量。

(3)北京航空制造工程研究所将激光焊接技术应用于发动机钛合金承力构件制造，并采用激光焊接技术替代板扩散连接技术，在国内率先开展了钛合金超塑成形/激光焊的多层结构制造工艺研究。

图3.航空结构件的激光焊接

除了对机身整体壁板的焊接外，激光焊接技术也逐渐应用于飞机构件的修补中，并且目前已经能够实现部分构件的修理与应用。在航空发动机零部件修理领域也大量应用到激光焊接修复技术,如图4所示。

(1)美国霍尼韦尔公司已经成功将激光焊接技术应用于AvroRJ线喷气系列飞机发动机IF507的叶片修理。

(2)加拿大Liburdi集团公司采用自动送丝激光焊接设备进行叶片修理，已实现了RB211发动机高、中、低压涡轮叶片修理。

(3)德国MTU公司开发了可用于风扇整体叶盘的叶片损伤修复的激光焊接技术，形成了焊接、机械加工、精密抛光和无损检测修理规范。

(4)国内在激光焊接修理应用研究相对较少，大部分研究仍处于实验验证阶段，还未应用到实际之中。中科院金属所采用激光显微焊进行原位无损修复，已成功应用于我国研制的某机空心导向叶片的铸造工艺孔修复，以及低压涡轮1、2级三联体无余量精铸导向器叶片大小安装板上的疏松、缩孔与裂纹等缺陷的修理,通过了装机台架试车考核。

图4.整体盘叶片的激光焊接修补

3、结论与展望

随着航空制造领域中对钛合金用量的稳步增长，意味着低成本、高应用性能的钛合金依然是未来研究的主流方向。

首先，需要继续开展并推进新型钛合金的研究，研发低成本、高性能的钛合金；其次，创新钛合金与异种合金的焊接技术，如Ti-Al金属间化合物和钛基复合材料的研究；再者，进一步研究钛合金的激光焊接技术在航空领域的应用，在根本上突破制约航空用钛合金的用量水平，从而降低生产成本。随着各方面研究的深入，相信未来钛合金在航空领域中的应用会更加优异。