设备

该技术对于设备的要求较高，有资料表明：空客公司的焊接设备（图5）主要由激光焊接系统、运动系统、焊接跟踪系统、焊缝监测系统、工装夹具系统和控制系统6部分组成[3]。其中激光焊接系统是整个设备的核心，主要用于激光的产生与传输；运动系统将保证整个设备的运动精度；焊接跟踪系统主要用于焊缝的定位及调整；焊缝检测系统用于焊接过程中焊接质量的监测以及焊后焊缝质量的检测；工装夹具系统用来实现蒙皮与长桁的装夹定位，在激光焊接过程中由于对焊前装配要求严格，必须设计一个特殊的非标夹具用于长桁的装夹，这个夹具应同时具备夹紧和导向功能，而蒙皮的夹持由全型面的真空吸附模胎实现；而以上系统在集成后由中央控制系统实现整个设备的控制。本节只重点讨论激光焊接系统的选型及比较。

激光焊接系统主要由激光器、焊接工作头及送丝送气系统构成。焊接时，两台完全相同的激光器从长桁两侧进行同步焊接，可以减少焊接变形并控制焊缝内气孔数量。

在激光器的选择方面，德国和法国的空客公司分别采用了不同类型的激光器，其中法国空客采用的是两台Nd:YAG固体激光器，而德国空客采用了2台CO2激光器，而这两种激光器在进行这种工艺焊接时也各有特点。两种激光器的比较见表1。从中可以发现：CO2激光器的波长较大，因此在焊接铝合金过程中，激光更容易被反射；同时光斑直径较小、光束能力分布集中、质量较好。

在使用上述两种不同类型的激光进行焊接时，与Nd:YAG激光焊接相比，由于其光斑直径较小，使用CO2 激光器的焊缝截面积较小（见图6）、其形成气孔的趋势较大、焊前装配较为严格、热裂纹的倾向较小。而在使用Nd:YAG激光焊接时，所需的焊接能量较大、焊接完成后试板的翘曲变形以及角变形较大，达到CO2焊接变形的1.5~2倍。另外，在使用CO2激光焊接时，整个焊接过程明显较为安静，焊烟、飞溅较少，普通空气刀的使用即能很好地保护镜片，提高镜片的使用寿命。最后，由于CO2激光只能通过铜镜的反射传输，整个传输光路庞大而复杂；而YAG 激光能通过光纤传输，因此YAG 焊接系统的传输过程更柔性。

综上所述，这两种焊接系统各有优缺点并均已用于空客型号的生产。近年来，光纤激光器发展的突飞猛进，在具备与CO2激光器相近的光束质量的同时，其传输也能通过光纤实现，兼具了两种传统激光器的特点。上飞公司同哈尔滨工业大学一起基于该焊接系统完成了相关基础试验，并取得了较好的结果。

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展望
复合材料具有高的比强度和比模量、良好的结构可设计性和抗疲劳特性等优点[7]，因此复合材料的大量应用已经成为民机发展的重要趋势之一。但以美国铝业（Alcoa）和加拿大铝业（Alcan）为代表的公司也积极开展新型铝锂合金的研发，这些第3代铝锂合金在保持了以往铝锂合金密度低，比强度、比刚度高等优异性能的同时，还具备了材料各向异性低、损伤容限高、耐腐蚀性好及加工性能好等特点。因此针对这种材料开展双光束激光焊接技术极具意义。另外，由于在飞机服役过程中，上下壁板结构受力情况不同，将此技术应用于飞机的上壁板还面临提高整体结构的损伤容限能力的挑战。而鉴于国内已经开展了相关技术的研发并取得初步进展，但离最终的型号使用需求还有一段距离，变形控制及矫形技术等研究将是后期工作的重点。