[发明专利]一种激光热丝焊接焊缝成形质量预测方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种激光热丝焊接焊缝成形质量预测方法、系统及介质，本发明预测方法将热丝电流x_c、激光功率x_p、送丝速度x_s、焊接速度x_w和对接间隙x_g输入建立好的多元非线性回归模型计算得到激光热丝焊接焊缝成形质量预测结果，多元非线性回归模型包括热丝电流x_c、送丝速度x_s和焊接速度x_w三个参数的二次项，上述五个工艺参数的一次项，以及x_c x_p、x_c x_s、x_c x_w、x_c x_g、x_p x_w、x_s x_w、x_s x_g和x_w x_g八组工艺参数的交互项。本发明通过建立能够更准确地描述多个工艺参数与焊缝成形质量之间影响关系的多元非线性回归模型，在非线性回归模型的基础上对焊缝成形质量进行了预测，预测准确度高，为激光热丝焊接工艺提供了可靠的指导。

技术领域

本发明涉及激光热丝焊接领域，具体涉及一种激光热丝焊接焊缝成形质量预测方法、系统及介质。

背景技术

激光热丝焊接作为先进高效的连接技术，用于铝合金的焊接能获得更好的焊接质量，因此受到国内外学者的广泛关注。目前已有研究包括：1、许飞等对5A06铝合金和5A90铝锂合金进行激光填丝焊接试验研究光丝间距、送丝速度、激光功率和焊接速度等对焊缝成形的影响。2、蒋志伟等采用光纤激光填丝焊接6061铝合金研究激光功率、焊接速度和送丝速度对铝合金焊接接头质量和性能的影响；3、孔晓芳等采用5087焊丝作为填充材料对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光填丝焊接试验，研究了激光功率、焊接速度、送丝速度以及光丝间距与焊缝成形之间的影响规律，为解决激光填丝焊焊接5083铝合金存在的焊缝表面凹陷和咬边提供试验依据；4、李时春等采用激光热丝焊接工艺对7075铝合金进行焊接试验研究，采用极差分析法分析了热丝电流、激光功率、送丝速度、焊接速度及对接间隙对焊缝成形质量的影响规律。结果表明，工艺参数对焊缝成形质量的影响的显著性由大到小排序为：激光功率、电流大小、对接间隙、焊接速度、送丝速度。此外，发明人前期该研究中对焊缝成形质量的影响因素进行分析时，没有对工艺参数间的交互作用以及非线性影响因素进行系统研究。然而后期的研究发现工艺参数间的交互作用以及非线性因素，在焊缝成形质量预测模型建立过程中是不可忽略的重要因素。

通过数学模型描述焊接工艺参数与焊缝形貌等焊接质量间的关系是研究和预测焊接质量的重要手段。Benyounis等采用响应面法(RSM)研究了激光功率、焊接速度和焦点位置对热输入和焊缝几何形状的影响。Yang等提出了一种基于集合元模型(EM)的优化方法。该方法通过独立元模型(Kriging、RBF及SVR)和非支配排序遗传算法(NSGA-II)建立激光功率、焊接速度和热丝电流与焊接深度之间的关系，并获得最优工艺参数组合。Gao等采用克里金法(Kriging)模拟了激光电弧复合焊接中的激光功率、焊接电流、以及激光-电弧间距与焊缝几何形状之间的关系，并利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)获取最优焊接参数。Rong[8]等将焊接速度、送丝速度及对接间隙作为模型的输入，建立了焊缝几何形状的反向传播神经网络(BPNN)预测模型，并分析了工艺参数对焊缝几何形状的影响。

然而，以上文献中均未将焊缝的表面形貌及截面形貌作为综合因素来表征焊缝的成形质量，但是实际上焊缝成形质量应该同时包含焊缝的表面形貌和截面形貌。此外，响应面法由于其考虑了试验中的随机误差并且计算较为简便而被广泛使用，但是当采用响应面法处理复杂问题时需要大量的试验样品数据。而反向传播神经网络(BPNN)等机器学习算法虽然具有很好的非线性映射能力，但过拟合会导致模型外推能力不佳，测试和预测精度变差。

发明内容