[发明专利]预测激光焊接变形量的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种激光焊接领域的技术，具体是一种预测激光焊接变形量的实现方法。

背景技术

激光焊接过程逐渐开始广泛的应用于汽车车身板件的连接过程中，其具有自动化程度高、 焊接速度快、焊接熔深深、接合强度高等优点，但也伴随着焊接变形、残余应力等问题。激光 焊接引起的变形往往超出车身板件的装配公差，对装配精度有很大的影响。

发明内容

本发明针对现有技术无法通过定义焊丝网格轮廓控制焊缝熔池区形貌、无法准确拟合焊 缝处熔池区形貌，焊接变形仿真效果较差的缺陷，提出一种预测激光焊接变形量的实现方法， 提高了温度场计算的准确性，提高了变形预测的准确性，大大减少了焊接变形预测的时间。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过采集焊接后熔池区域的几何形貌并建立有限元模型以及由高斯面热源和高 斯体热源组成的热源三维扫描模型，然后拟合热源参数并识别非完全耦合过程的耦合参数，再 建立生产中的待连工件的有限元模型，并载入热源三维扫描模型和耦合参数，进行有限元仿真 计算，最终获得待连工件的预测变形量。

所述方法具体包括以下步骤：

1)对试验工件进行激光焊接，并测量焊接后的工件变形量；

2)对焊缝区域进行金相显微观察，获得熔池区域的几何形貌；

3)建立试验工件的有限元模型；

4)建立由高斯面热源和高斯体热源组成的热源三维扫描模型，拟合热源参数；

5)识别非完全耦合过程的耦合参数；

6)建立生产中的待连工件的有限元模型，并载入热源三维扫描模型和耦合参数，进行有 限元仿真计算，获得待连工件的预测变形量。

所述的步骤2)具体包括以下步骤：

2.1)将焊缝区域切割为2×2cm方块；

2.2)对方块进行镶嵌、打磨、抛光和腐蚀；

2.3)对方块进行金相显微观察获得熔池区域的几何形貌。

所述的步骤4)具体包括以下步骤：

4.1)生成由高斯面热源和高斯体热源组成的热源三维扫描模型；

4.2)设定一组热源参数，进行试验工件的仿真焊接；

4.3)对比仿真结果中的熔池区域的几何形貌和金相中的熔池区域的几何形貌的关键特征 (如熔池边界形貌、熔池面积)，关键特征符合则将该组热源参数作为最终值，否则回到步骤4.2)。

所述的热源参数包括：吸收率η，功率分配系数μ，面热源半径R₀，体热源上面半径r_u， 体热源下面半径r₁，体热源深度D。

所述的高斯面热源的能量分布为

所述的高斯体热源的能量分布为

所述的步骤5)具体包括以下步骤：

5.1)设定一组非完全耦合过程的耦合参数；

5.2)进行试验工件的仿真焊接；

5.3)仿真结果中的试验工件变形量与实际变形量之差小于阈值则该组耦合参数作为最终 值，否则回到步骤5.1)。

所述的耦合参数包括温度场计算步长t_temp和温度场个数n。

所述的焊接为激光焊接。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图；

图2为试验工件结构图；

图3为试验工件变形量示意图；

图4为试验工件的有限元模型示意图；

图5为几何形貌对比示意图；

图中：(A)为金相结果的几何形貌图；(B)为仿真结果的几何形貌图；

图6为热源三维扫描模型结构示意图；

图7为实施例中待连工件的预测变形量有限元仿真示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

1)对试验工件进行焊接，并测量焊接后的工件变形量。

如图2所示，所述的试验工件为汽车车身中的B柱区域板件，即采用激光焊接方法来焊 接B柱内板和B柱加强版。B柱加强版和B柱内板为试验工件。对试验工件进行光学扫描，获 得试验工件的几何外形，用于建立有试验工件的限元模型。

如图3所示，所述的试验工件完成焊接后，进行三维光学扫描，获得焊接后的试验工件 的变形量。

2)对焊缝区域进行金相显微观察，获得熔池区域的几何形貌。

2.1)将焊缝区域切割为2×2cm方块。

2.2)对方块进行镶嵌、打磨、抛光和腐蚀。