專利名稱：一種確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)，涉及一種針對(duì)厚度小于3mm的金屬薄板進(jìn)行全熔透激 光焊接時(shí)工藝參數(shù)的確定方法。
背景技術(shù)：
影響金屬薄板全熔透激光焊質(zhì)量的工藝參數(shù)主要有激光功率、焊接速度和離焦量 (焦點(diǎn)距材料表面的距離)。目前激光功率、焊接速度和離焦量的確定方法是通過焊接工 藝試驗(yàn)獲得激光功率、焊接速度和離焦量與焊縫熔深或焊縫寬度之間的簡單對(duì)應(yīng)關(guān)系，在 選取激光焊接參數(shù)時(shí)，比較多的是采用離焦量為0，在所建立的不同激光功率條件下，利用 焊接速度與焊縫熔深的關(guān)系曲線中確定薄板熔透焊接的激光功率、焊接速度，這種工藝參 數(shù)選擇的方法與常規(guī)電弧焊接是相似的。而金屬薄板全熔透激光焊接過程機(jī)理不同于電弧 焊接，形成的焊縫成形特征也不同于電弧焊接焊縫。金屬薄板采用大功率激光焊接時(shí)，為深 熔焊接模式，在實(shí)際應(yīng)用中，即使焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定不變，全熔透激光焊也出現(xiàn)過程失穩(wěn)、 焊縫成形不穩(wěn)的現(xiàn)象，因此現(xiàn)有的工藝參數(shù)確定方法不易保證焊縫質(zhì)量。而且，對(duì)試樣焊縫 需要做金相取樣分析，導(dǎo)致周期長，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能保證焊縫質(zhì)量、不需要做金相取樣分析、周期短、成 本低的確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)的方法，使用激光焊 機(jī)進(jìn)行薄板焊接，其特征在于，確定工藝參數(shù)的步驟如下1、定義；定義焊縫背寬比將薄板焊縫的正面寬度定義為TW，背面寬度定義為冊(cè)， 則焊縫背寬比n = RW/TW ；定義薄板薄板為不大于3mm的金屬板；2、建立薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗；2. 1、建立激光焊工藝參數(shù)坐標(biāo)系；縱坐標(biāo)為激光功率，橫坐標(biāo)為焊接速度；2. 2、進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)；采用大功率CO2激光焊機(jī)或YAG激光焊機(jī)進(jìn)行焊接，對(duì)于待焊接材料的薄板試樣 進(jìn)行激光全熔透焊接；2. 2. 1、確定激光離焦量；激光離焦量在-Imm Imm范圍，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待 焊接金屬板正面時(shí)離焦量為0，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面以下時(shí)離焦量為負(fù)， 反之為正；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的激光功率P;焊接時(shí)所需要的最低激光功率，對(duì)于鈦合 金和鋼不低于1000瓦，對(duì)于鋁合金不低于1500瓦，在最低激光功率值和激光焊機(jī)額定輸出 激光功率值的范圍內(nèi)等間距選取至少5個(gè)激光功率值作為焊接試樣時(shí)的激光功率參數(shù)；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的焊接速度ν ；焊接速度不低于0. 5m/min，在最低焊接速 度的基礎(chǔ)上，以0. 5m/min為步長，至少再確定4個(gè)遞增的焊接速度值；
2. 2. 3、確定焊接試樣時(shí)的焊接參數(shù)組合；將一個(gè)激光功率參數(shù)與一個(gè)焊接速度值 組合，得到一個(gè)焊接參數(shù)組合，共有l(wèi)^C^Cl組焊接參數(shù)組合，m為激光功率參數(shù)的個(gè)數(shù)，η 為焊接速度值的個(gè)數(shù)；2. 2. 4、焊接薄板試樣；按照步驟2. 2. 3確定的焊接參數(shù)組合，分別焊接薄板試樣；2. 3、評(píng)價(jià)試樣焊縫質(zhì)量；2. 3. 1、進(jìn)行目測檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行目測檢驗(yàn)，將焊縫表面咬邊和表面 下塌的試樣焊縫判定為有表面缺陷焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為有表面缺 陷焊接參數(shù)，標(biāo)記為B類參數(shù)組合；2. 3. 2、進(jìn)行X-ray探傷檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行X_ray探傷檢驗(yàn)，將有焊縫 氣孔判定為不合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為不合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為C 類參數(shù)組合；2. 3. 3、將其余的試樣焊縫判定為合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定 為合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為A類參數(shù)組合；2. 4、進(jìn)行焊縫背寬比計(jì)算；2. 4. 1、測量焊縫的正面寬度和背面寬度；利用工具顯微鏡測量所有試樣焊縫的正 面寬度和背面寬度，測量的方法是對(duì)每個(gè)試樣焊縫沿焊縫長度方向隨機(jī)選取5個(gè)測量位 置，分別測量5個(gè)測量位置處焊縫的正面寬度和背面寬度，然后取平均值作為該試樣焊縫 的正面寬度和背面寬度，通過測量得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的正面寬度和背面寬 度；2. 4. 2、根據(jù)焊縫背寬比的定義計(jì)算得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的背寬比 值 nt, t = 1,2,......k ；2.5、繪制激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 1、將A、B、C三類焊接參數(shù)組合的類別和背寬比值1標(biāo)記到激光焊接工藝參 數(shù)坐標(biāo)系中形成激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 2、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2 ；2. 5. 2. 1、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll ；將B類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù) 值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到上臨界曲線Ll ；2. 5. 2. 2、確定激光焊接參數(shù)的下臨界曲線L2 ；將A和C類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)中 焊縫背寬比在0.4 0.5范圍的坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到下 臨界曲線L2 ；3、確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)；上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2之間的焊接 參數(shù)組合為薄板全熔透焊縫的可選擇工藝參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能保證焊縫質(zhì)量，不需要做金相取樣分析，工作周期短，焊接成 本低。試驗(yàn)證明，本發(fā)明的工作周期比現(xiàn)有方法縮短了 80%以上。


圖1是實(shí)施例1的激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖。圖2是實(shí)施例2的激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖。圖3是實(shí)施例3的激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)的方法， 使用激光焊機(jī)進(jìn)行薄板焊接，其特征在于，確定工藝參數(shù)的步驟如下1、定義；定義焊縫背寬比將薄板焊縫的正面寬度定義為TW，背面寬度定義為冊(cè)， 則焊縫背寬比n = RW/TW ；定義薄板薄板為不大于3mm的金屬板；2、建立薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗；2. 1、建立激光焊工藝參數(shù)坐標(biāo)系；縱坐標(biāo)為激光功率，橫坐標(biāo)為焊接速度；2. 2、進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)；采用大功率CO2激光焊機(jī)或YAG激光焊機(jī)進(jìn)行焊接，對(duì)于待焊接材料的薄板試樣 進(jìn)行激光全熔透焊接；2. 2. 1、確定激光離焦量；激光離焦量在-Imm Imm范圍，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待 焊接金屬板正面時(shí)離焦量為0，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面以下時(shí)離焦量為負(fù)， 反之為正；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的激光功率ρ;焊接時(shí)所需要的最低激光功率，對(duì)于鈦合 金和鋼不低于1000瓦，對(duì)于鋁合金不低于1500瓦，在最低激光功率值和激光焊機(jī)額定輸出 激光功率值的范圍內(nèi)等間距選取至少5個(gè)激光功率值作為焊接試樣時(shí)的激光功率參數(shù)；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的焊接速度ν ；焊接速度不低于0. 5m/min，在最低焊接速 度的基礎(chǔ)上，以0. 5m/min為步長，至少再確定4個(gè)遞增的焊接速度值；2. 2. 3、確定焊接試樣時(shí)的焊接參數(shù)組合；將一個(gè)激光功率參數(shù)與一個(gè)焊接速度值
組合，得到一個(gè)焊接參數(shù)組合，共有k=C7>C組焊接參數(shù)組合，m為激光功率參數(shù)的個(gè)數(shù)，n 為焊接速度值的個(gè)數(shù)；2. 2. 4、焊接薄板試樣；按照步驟2. 2. 3確定的焊接參數(shù)組合，分別焊接薄板試樣；2. 3、評(píng)價(jià)試樣焊縫質(zhì)量；2. 3. 1、進(jìn)行目測檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行目測檢驗(yàn)，將焊縫表面咬邊和表面 下塌的試樣焊縫判定為有表面缺陷焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為有表面缺 陷焊接參數(shù)，標(biāo)記為B類參數(shù)組合；2. 3. 2、進(jìn)行X-ray探傷檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行X_ray探傷檢驗(yàn)，將有焊縫 氣孔判定為不合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為不合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為C 類參數(shù)組合；2. 3. 3、將其余的試樣焊縫判定為合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定 為合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為A類參數(shù)組合；2. 4、進(jìn)行焊縫背寬比計(jì)算；2. 4. 1、測量焊縫的正面寬度和背面寬度；利用工具顯微鏡測量所有試樣焊縫的正 面寬度和背面寬度，測量的方法是對(duì)每個(gè)試樣焊縫沿焊縫長度方向隨機(jī)選取5個(gè)測量位 置，分別測量5個(gè)測量位置處焊縫的正面寬度和背面寬度，然后取平均值作為該試樣焊縫 的正面寬度和背面寬度，通過測量得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的正面寬度和背面寬 度；2. 4. 2、根據(jù)焊縫背寬比的定義計(jì)算得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的背寬比值 nt, t = 1,2,......k ；2.5、繪制激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 1、將A、B、C三類焊接參數(shù)組合的類別和背寬比值1標(biāo)記到激光焊接工藝參 數(shù)坐標(biāo)系中形成激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 2、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2 ；2. 5. 2. 1、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll ；將B類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù) 值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到上臨界曲線Ll ；2. 5. 2. 2、確定激光焊接參數(shù)的下臨界曲線L2 ；將A和C類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)中 焊縫背寬比在0.4 0.5范圍的坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到下 臨界曲線L2 ；3、確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)；上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2之間的焊接 參數(shù)組合為薄板全熔透焊縫的可選擇工藝參數(shù)。本發(fā)明的工作原理是利用薄板激光深熔焊接焊縫成形幾何特征可反映焊縫質(zhì)量 的特點(diǎn)，定義焊縫背寬比為薄板全熔透焊縫幾何特征的特征量，然后通過工藝參數(shù)試驗(yàn)建 立薄板激光深熔焊接全熔透焊接工藝參數(shù)坐標(biāo)圖，對(duì)焊接進(jìn)行焊縫氣孔缺陷分析，界定出 獲得滿足焊縫質(zhì)量要求的焊縫背寬比臨界值，再對(duì)全熔透焊接工藝參數(shù)坐標(biāo)圖分析，最終 建立焊縫氣孔滿足質(zhì)量要求的全熔透薄板激光焊接工藝參數(shù)區(qū)間，可作為薄板激光焊接工 藝參數(shù)選擇的參考基礎(chǔ)。實(shí)施例1 鈦合金薄板CO2激光焊接1、實(shí)施例條件板厚2. 5mm的鈦合金薄板；2、薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗的建立；2. 1、建立激光焊工藝參數(shù)坐標(biāo)系；縱坐標(biāo)為激光功率，橫坐標(biāo)為焊接速度；2. 2、進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)；采用大功率CO2激光焊機(jī)進(jìn)行激光全熔透焊接；2. 2. 1、確定激光離焦量；激光離焦量在-Imm Imm范圍，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待 焊接金屬板正面時(shí)離焦量為0，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面以下時(shí)離焦量為負(fù)， 反之為正；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的激光功率ρ;焊接時(shí)所需要的最低激光功率，對(duì)于鈦合 金取1000瓦(kW)，在最低激光功率值和激光焊機(jī)額定輸出激光功率值的范圍內(nèi)等間距選 取5個(gè)激光功率值作為焊接試樣時(shí)的激光功率參數(shù)；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的焊接速度ν ；焊接速度不低于0. 5m/min，在最低焊接速 度的基礎(chǔ)上，以0. 5m/min為步長，至少再確定4個(gè)遞增的焊接速度值；2. 2. 3、確定焊接試樣時(shí)的焊接參數(shù)組合；將一個(gè)激光功率參數(shù)與一個(gè)焊接速度值 組合，得到一個(gè)焊接參數(shù)組合；
2. 2. 4、焊接薄板試樣；按照步驟2. 2. 3確定的焊接參數(shù)組合，分別焊接薄板試樣；2. 3、評(píng)價(jià)試樣焊縫質(zhì)量；2. 3. 1、進(jìn)行目測檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行目測檢驗(yàn)，將焊縫表面咬邊和表面 下塌的試樣焊縫判定為有表面缺陷焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為有表面缺 陷焊接參數(shù)，標(biāo)記為B類參數(shù)組合；2. 3. 2、進(jìn)行X-ray探傷檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行X_ray探傷檢驗(yàn)，將有焊縫 氣孔判定為不合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為不合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為C 類參數(shù)組合；2. 3. 3、將其余的試樣焊縫判定為合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定 為合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為A類參數(shù)組合；2. 4、進(jìn)行焊縫背寬比計(jì)算；2. 4. 1、測量焊縫的正面寬度和背面寬度；利用工具顯微鏡測量所有試樣焊縫的正 面寬度和背面寬度，測量的方法是對(duì)每個(gè)試樣焊縫沿焊縫長度方向隨機(jī)選取5個(gè)測量位 置，分別測量5個(gè)測量位置處焊縫的正面寬度和背面寬度，然后取平均值作為該試樣焊縫 的正面寬度和背面寬度，通過測量得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的正面寬度和背面寬 度；2. 4. 2、根據(jù)焊縫背寬比的定義計(jì)算得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的背寬比 值 nt, t = 1,2,......k ；2. 5、繪制激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 1、將A、B、C三類焊接參數(shù)組合的類別和背寬比值1標(biāo)記到激光焊接工藝參 數(shù)坐標(biāo)系中形成激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 2、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2 ；2. 5. 2. 1、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll ；將B類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù) 值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到上臨界曲線Ll ；2. 5. 2. 2、確定激光焊接參數(shù)的下臨界曲線L2 ；將A和C類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)中 焊縫背寬比在0.4 0.5范圍的坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到下 臨界曲線L2 ；3、確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)；上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2之間的焊接 參數(shù)組合為薄板全熔透焊縫的可選擇工藝參數(shù)。實(shí)施例2 鈦合金薄板YAG激光焊接1、實(shí)施例條件板厚2. 5mm的鈦合金薄板；
2、薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗的建立；2. 1、建立激光焊工藝參數(shù)坐標(biāo)系；縱坐標(biāo)為激光功率，橫坐標(biāo)為焊接速度；2. 2、進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)；采用大功率YAG激光焊機(jī)進(jìn)行激光全熔透焊接；2. 2. 1、確定激光離焦量；激光離焦量在-Imm Imm范圍，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待 焊接金屬板正面時(shí)離焦量為0，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面以下時(shí)離焦量為負(fù)， 反之為正；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的激光功率ρ;焊接時(shí)所需要的最低激光功率，對(duì)于鈦合 金取1000瓦(kW)，在最低激光功率值和激光焊機(jī)額定輸出激光功率值的范圍內(nèi)等間距選 取5個(gè)激光功率值作為焊接試樣時(shí)的激光功率參數(shù)；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的焊接速度ν ；焊接速度不低于0. 5m/min，在最低焊接速 度的基礎(chǔ)上，以0. 5m/min為步長，至少再確定4個(gè)遞增的焊接速度值；2. 2. 3、確定焊接試樣時(shí)的焊接參數(shù)組合；將一個(gè)激光功率參數(shù)與一個(gè)焊接速度值 組合，得到一個(gè)焊接參數(shù)組合； 2. 2. 4、焊接薄板試樣；按照步驟2. 2. 3確定的焊接參數(shù)組合，分別焊接薄板試樣；2. 3、評(píng)價(jià)試樣焊縫質(zhì)量；2. 3. 1、進(jìn)行目測檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行目測檢驗(yàn)，將焊縫表面咬邊和表面 下塌的試樣焊縫判定為有表面缺陷焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為有表面缺 陷焊接參數(shù)，標(biāo)記為B類參數(shù)組合；2. 3. 2、進(jìn)行X-ray探傷檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行X_ray探傷檢驗(yàn)，將有焊縫 氣孔判定為不合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為不合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為C 類參數(shù)組合；2. 3. 3、將其余的試樣焊縫判定為合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定 為合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為A類參數(shù)組合；2. 4、進(jìn)行焊縫背寬比計(jì)算；2. 4. 1、測量焊縫的正面寬度和背面寬度；利用工具顯微鏡測量所有試樣焊縫的正 面寬度和背面寬度，測量的方法是對(duì)每個(gè)試樣焊縫沿焊縫長度方向隨機(jī)選取5個(gè)測量位 置，分別測量5個(gè)測量位置處焊縫的正面寬度和背面寬度，然后取平均值作為該試樣焊縫 的正面寬度和背面寬度，通過測量得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的正面寬度和背面寬 度；
2. 4. 2、根據(jù)焊縫背寬比的定義計(jì)算得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的背寬比 值 nt, t = 1,2,......k ；2. 5、繪制激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 1、將A、B、C三類焊接參數(shù)組合的類別和背寬比值1標(biāo)記到激光焊接工藝參 數(shù)坐標(biāo)系中形成激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 2、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2 ；2. 5. 2. 1、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll ；將B類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù) 值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到上臨界曲線Ll ；2. 5. 2. 2、確定激光焊接參數(shù)的下臨界曲線L2 ；將A和C類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)中 焊縫背寬比在0.4 0.5范圍的坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到下 臨界曲線L2 ；3、確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)；上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2之間的焊接 參數(shù)組合為薄板全熔透焊縫的可選擇工藝參數(shù)。實(shí)施例3 鋁鋰合金薄板YAG激光焊接1、實(shí)施例條件板厚3mm的鋁鋰合金薄板；2、薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗的建立；2. 1、建立激光焊工藝參數(shù)坐標(biāo)系；縱坐標(biāo)為激光功率，橫坐標(biāo)為焊接速度；2. 2、進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)；采用大功率YAG激光焊機(jī)進(jìn)行激光全熔透焊接；2. 2. 1、確定激光離焦量；激光離焦量在-Imm Imm范圍，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待 焊接金屬板正面時(shí)離焦量為0，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面以下時(shí)離焦量為負(fù)， 反之為正；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的激光功率ρ;焊接時(shí)所需要的最低激光功率，對(duì)于鋁鋰 合金取1600瓦(kW)，在最低激光功率值和激光焊機(jī)額定輸出激光功率值的范圍內(nèi)等間距 選取5個(gè)激光功率值作為焊接試樣時(shí)的激光功率參數(shù)；2. 2. 2、確定焊接試樣時(shí)的焊接速度ν ；焊接速度不低于0. 5m/min，在最低焊接速 度的基礎(chǔ)上，以0. 5m/min為步長，至少再確定4個(gè)遞增的焊接速度值；2. 2. 3、確定焊接試樣時(shí)的焊接參數(shù)組合；將一個(gè)激光功率參數(shù)與一個(gè)焊接速度值 組合，得到一個(gè)焊接參數(shù)組合； 2. 2. 4、焊接薄板試樣；按照步驟2. 2. 3確定的焊接參數(shù)組合，分別焊接薄板試樣；2. 3、評(píng)價(jià)試樣焊縫質(zhì)量；2. 3. 1、進(jìn)行目測檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行目測檢驗(yàn)，將焊縫表面咬邊和表面 下塌的試樣焊縫判定為有表面缺陷焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為有表面缺 陷焊接參數(shù)，標(biāo)記為B類參數(shù)組合；2. 3. 2、進(jìn)行X-ray探傷檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行X_ray探傷檢驗(yàn)，將有焊縫 氣孔判定為不合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為不合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為C 類參數(shù)組合；2. 3. 3、將其余的試樣焊縫判定為合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定 為合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為A類參數(shù)組合；2. 4、進(jìn)行焊縫背寬比計(jì)算；2. 4. 1、測量焊縫的正面寬度和背面寬度；利用工具顯微鏡測量所有試樣焊縫的正 面寬度和背面寬度，測量的方法是對(duì)每個(gè)試樣焊縫沿焊縫長度方向隨機(jī)選取5個(gè)測量位 置，分別測量5個(gè)測量位置處焊縫的正面寬度和背面寬度，然后取平均值作為該試樣焊縫 的正面寬度和背面寬度，通過測量得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的正面寬度和背面寬 度；2. 4. 2、根據(jù)焊縫背寬比的定義計(jì)算得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的背寬比 值 nt, t = 1,2,......k ；2. 5、繪制激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 1、將A、B、C三類焊接參數(shù)組合的類別和背寬比值1標(biāo)記到激光焊接工藝參 數(shù)坐標(biāo)系中形成激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；2. 5. 2、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2 ；2. 5. 2. 1、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線Ll ；將B類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù) 值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到上臨界曲線Ll ；2. 5. 2. 2、確定激光焊接參數(shù)的下臨界曲線L2 ；將A和C類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)中 焊縫背寬比在0.4 0.5范圍的坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到下 臨界曲線L2 ；3、確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)；上臨界曲線Ll和下臨界曲線L2之間的焊接 參數(shù)組合為薄板全熔透焊縫的可選擇工藝參數(shù)。
權(quán)利要求
一種確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)的方法，使用激光焊機(jī)進(jìn)行薄板焊接，其特征在于，確定工藝參數(shù)的步驟如下1.1、定義；定義焊縫背寬比將薄板焊縫的正面寬度定義為TW，背面寬度定義為RW，則焊縫背寬比η＝RW/TW；定義薄板薄板為不大于3mm的金屬板；1.2、建立薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗；1.2.1、建立激光焊工藝參數(shù)坐標(biāo)系；縱坐標(biāo)為激光功率，橫坐標(biāo)為焊接速度；1.2.2、進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)；采用大功率CO2激光焊機(jī)或YAG激光焊機(jī)進(jìn)行焊接，對(duì)于待焊接材料的薄板試樣進(jìn)行激光全熔透焊接；1.2.2.1、確定激光離焦量；激光離焦量在 1mm～1mm范圍，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面時(shí)離焦量為0，當(dāng)激光光束焦點(diǎn)位于待焊接金屬板正面以下時(shí)離焦量為負(fù)，反之為正；1.2.2.2、確定焊接試樣時(shí)的激光功率p；焊接時(shí)所需要的最低激光功率，對(duì)于鈦合金和鋼不低于1000瓦，對(duì)于鋁合金不低于1500瓦，在最低激光功率值和激光焊機(jī)額定輸出激光功率值的范圍內(nèi)等間距選取至少5個(gè)激光功率值作為焊接試樣時(shí)的激光功率參數(shù)；1.2.2.2、確定焊接試樣時(shí)的焊接速度v；焊接速度不低于0.5m/min，在最低焊接速度的基礎(chǔ)上，以0.5m/min為步長，至少再確定4個(gè)遞增的焊接速度值；1.2.2.3、確定焊接試樣時(shí)的焊接參數(shù)組合；將一個(gè)激光功率參數(shù)與一個(gè)焊接速度值組合，得到一個(gè)焊接參數(shù)組合，共有組焊接參數(shù)組合，m為激光功率參數(shù)的個(gè)數(shù)，n為焊接速度值的個(gè)數(shù)；1.2.2.4、焊接薄板試樣；按照步驟1.2.2.3確定的焊接參數(shù)組合，分別焊接薄板試樣；1.2.3、評(píng)價(jià)試樣焊縫質(zhì)量；1.2.3.1、進(jìn)行目測檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行目測檢驗(yàn)，將焊縫表面咬邊和表面下塌的試樣焊縫判定為有表面缺陷焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為有表面缺陷焊接參數(shù)，標(biāo)記為B類參數(shù)組合；1.2.3.2、進(jìn)行X ray探傷檢驗(yàn)；對(duì)所有的試樣焊縫進(jìn)行X ray探傷檢驗(yàn)，將有焊縫氣孔判定為不合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為不合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為C類參數(shù)組合；1.2.3.3、將其余的試樣焊縫判定為合格焊縫，將該試樣所對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)組合判定為合格焊接參數(shù)，標(biāo)記為A類參數(shù)組合；1.2.4、進(jìn)行焊縫背寬比計(jì)算；1.2.4.1、測量焊縫的正面寬度和背面寬度；利用工具顯微鏡測量所有試樣焊縫的正面寬度和背面寬度，測量的方法是對(duì)每個(gè)試樣焊縫沿焊縫長度方向隨機(jī)選取5個(gè)測量位置，分別測量5個(gè)測量位置處焊縫的正面寬度和背面寬度，然后取平均值作為該試樣焊縫的正面寬度和背面寬度，通過測量得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的正面寬度和背面寬度；1.2.4.2、根據(jù)焊縫背寬比的定義計(jì)算得到每組焊接參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)焊縫的背寬比值ηt，t＝1，2，......k；1.2.5、繪制激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；1.2.5.1、將A、B、C三類焊接參數(shù)組合的類別和背寬比值ηt標(biāo)記到激光焊接工藝參數(shù)坐標(biāo)系中形成激光焊接參數(shù)坐標(biāo)圖；1.2.5.2、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線L1和下臨界曲線L2；1.2.5.2.1、確定激光焊接參數(shù)的上臨界曲線L1；將B類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到上臨界曲線L1；1.2.5.2.2、確定激光焊接參數(shù)的下臨界曲線L2；將A和C類焊接參數(shù)組合坐標(biāo)點(diǎn)中焊縫背寬比在0.4～0.5范圍的坐標(biāo)點(diǎn)利用數(shù)值分析方法中的非線性函數(shù)回歸擬合得到下臨界曲線L2；1.3、確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)；上臨界曲線L1和下臨界曲線L2之間的焊接參數(shù)組合為薄板全熔透焊縫的可選擇工藝參數(shù)。FSA00000228343600011.tif
全文摘要
本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)，涉及一種針對(duì)厚度小于3mm的金屬薄板進(jìn)行全熔透激光焊接時(shí)工藝參數(shù)的確定方法。其特征在于，確定工藝參數(shù)的步驟如下定義；建立薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)窗；確定薄板全熔透激光焊工藝參數(shù)。本發(fā)明能保證焊縫質(zhì)量，不需要做金相取樣分析，工作周期短，焊接成本低。
文檔編號(hào)B23K26/42GK101905380SQ201010252689
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者姚偉, 鞏水利, 陳俐 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所