[发明专利]一种用于变厚度零件的激光焊接方法

说明书

一种用于变厚度零件的激光焊接方法，包括：提取每段焊接边的焊接长度及焊接边厚度，以焊接起始点为原点、焊接方向为X轴正方向，建立焊接边厚度与焊接长度之间的函数关系；建立焊接边厚度与焊接时间之间的函数关系；建立焊接热输入与焊接时间之间的函数关系；建立焊接输入功率与焊接时间之间的函数关系；沿焊接方向控制焊接输入功率的变化对变厚度零件进行焊接。本发明根据变厚度零件的特点及焊接工艺需求，在恒定焊接速度下，通过函数控制激光焊接过程中激光器的输入功率，从而保证输入功率与焊接边厚度精确匹配，确保焊接过程焊缝质量稳定，提高生产效率和合格率，进而从根本上避免了变厚度零件因焊接边厚度变化导致的激光焊接缺陷问题。

技术领域

本发明涉及激光焊接加工技术领域，特别是涉及一种用于变厚度零件的激光焊接方法。

背景技术

激光焊接技术以其独有的深宽比大、焊缝宽度小、热影响区小、变形小、焊接速度快、焊缝质量好和易实现自动化等优点，成为最新发展起来的先进焊接技术。该技术在航空航天等领域受到高度重视，因此得以迅速发展，并发挥着非常重要的作用，被誉为21世纪先进制造技术之一。钛合金材料具有比刚度、比强度高等优点，已经广泛应用于航空航天大型超塑薄壁结构，在保证零件刚度和强度的同时，可有效减轻飞行器自身重量。然而，由于实际零件尺寸大、结构复杂及加工工艺性等问题，大型钛合金超塑结构零件常采用分块成形，然后采用激光焊接工艺进行焊接。由于钛合金超塑成型/扩散连接工艺导致超塑零件壁厚不均匀变化，从而造成零件焊接边厚度尺寸成呈阶梯性变化(零件焊接边厚度y＝f(x)，X是焊缝长度，v是焊接速度，t是焊接时间，如图1所示)，或焊接厚度尺寸呈线性连续变化或无规则变化(焊接厚度y＝f(x)，X是焊缝长度，v是焊接速度，t是焊接时间，如图2所示)。

对于薄壁零件对接边厚度梯度变化的激光焊接，目前采取的工艺方法是分段焊接和变速焊接。分段焊接即根据厚度变化，将焊接边分成若干段焊接，每段根据焊接厚度尺寸，选择合适的激光焊接工艺参数，但采用分段焊接需要多次起焊和收焊，从而形成多个起焊和收焊缺陷，影响焊缝质量完整性。变速焊接即整条焊缝采用恒定的激光功率，焊接速度随焊接边厚度尺寸变化而变化(焊接边越厚，焊接速度越小，焊接边越薄，焊接速度越快)，但实际焊接过程中，由于激光焊接执行系统机器人或数控龙门机构具有运动惯性，其运动速度无法在某一位置准确实现运动速度突变，从而在速度突变位置附近形成焊接穿孔、未焊透等焊接缺陷。

目前，针对薄壁变厚度零件激光焊接，采用分段焊接、变速焊接等焊接方法，导致焊接穿孔、未熔透及气孔等焊接缺陷，影响零件焊接质量、焊接过程稳定性和零件的整体性能，降低焊接效率，导致零件制造成本增加。由此可见，现有激光工艺技术方法无法解决变厚度钛合金超塑成型零件激光焊接缺陷问题，如何控制此类变厚度零件激光焊接缺陷，提高激光焊接过程稳定性和焊缝质量，仍是一个待攻克的工艺技术瓶颈，急需进行工艺技术创新。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于变厚度零件的激光焊接方法，通过调节焊接过程中激光器的输入功率，来解决焊接边厚度变化导致的焊接缺陷的技术问题，提高钛合金超塑变厚度零件的激光焊接质量，提高生产效率和合格率。

一种用于变厚度零件的激光焊接方法，包括：

根据厚度变化情况提取每段焊接边的焊接长度及焊接厚度，以焊接起始点为原点、焊接方向为X轴正方向，建立焊接厚度与焊接长度之间的函数关系：y＝f(x)，其中，y为焊接边厚度，x为焊接长度；

根据焊接长度与焊接速度、焊接时间之间的关系，建立焊接厚度与焊接时间之间的函数关系：y＝m(t)＝m(x/v)，其中，y为焊接厚度，t为焊接时间，v为焊接速度；

根据变厚度零件的焊接工艺优化结果，以得到每段焊接厚度对应的焊接热输入，并建立焊接热输入与焊接时间之间的函数关系：J＝n(t)，其中，J为焊接热输入；