[发明专利]激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法及系统

说明书

本发明属于激光焊接相关技术领域，其公开了一种激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法及系统，该方法包括：S1，获取向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度与焊接工艺参数的关系，激光搅拌焊接过程中激光运动轨迹和焊缝中心相邻两交点间的距离为弦长；S2，建立向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件；S3，获取工艺参数的预设范围；S4，将预设范围内的工艺参数值代入向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件，则同时满足向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件的工艺参数组合为优化后的工艺参数。本申请通过对焊接工艺参数进行优化，实现大溶深、少气孔的焊接。

技术领域

本发明属于激光焊接相关技术领域，更具体地，涉及一种激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法及系统。

背景技术

铝合金中厚壁构件具有密度小、比强度高等优点，在轨道交通、航空航天等领域得到了广泛应用。超高功率激光焊接技术具有能量密度高、热输入小、柔性好等特点，为铝合金中厚壁构件的高效焊接提供了有效手段，然而，焊接过程存在气孔缺陷突出的问题。

近年来，激光搅拌焊接作为新兴技术被提出，引起了国内外研究人员的广泛关注。激光搅拌焊接的原理是：激光束照射在两个有序转动的振镜组上，实现激光束快速、有序、小范围地摆动，从而达到激光焊接时光束边向前行进，边搅拌的目的，工作原理如图1所示。研究表明，激光搅拌焊接技术可加速熔池流动，有利于气泡的溢出和上浮，同时可有效改善焊缝表明成形。但是，在激光搅拌焊接工艺参数设计过程中，由于激光光束的搅拌作用，焊接过程工艺参数变多，焊接过程变得更加复杂，传统的工艺设计方法对激光功率、焊接速度、搅拌频率、搅拌振幅等参数进行设计时，全凭相关参数的大致影响规律进行工艺参数设计，且需要进行大量的工艺试验，耗费大量人力物力。尤其是，在铝合金中厚板焊接中，对焊缝熔深有要求，然而目前研究表明，增大搅拌振幅和搅拌频率气孔抑制效果才明显，但焊缝熔深也大幅下降，气孔率与焊缝熔深相对立的关系进一步加大了工艺设计难度，极大地延长了工艺设计周期，降低生产效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法及系统，通过对焊接工艺参数进行优化设计，实现大溶深、少气孔的焊接。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法，所述方法包括：S1，获取向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度与焊接工艺参数的关系，激光搅拌焊接过程中激光运动轨迹和焊缝中心相邻两交点间的距离为弦长，其中，矢量方向与焊接方向相异的为向后弦长，与焊接方向相同的为向前弦长，轨迹点运动一个周期后变化的距离长度为前进步长；S2，建立所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件；S3，获取所述工艺参数的预设范围；S4，将所述预设范围内的工艺参数值代入所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件，则同时满足所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件的工艺参数组合为优化后的工艺参数。

优选地，所述工艺参数包括激光功率、焊接速度、搅拌频率以及搅拌振幅。

优选地，所述激光运动轨迹方程为：

其中，x和y为t时刻激光束在X和Y方向的坐标值，其中，X方向为所述焊接的前进方向，Y方向为焊接母材平面上与所述X方向垂直的方向，x₀和y₀分别为激光束在X方向和Y方向的初始位置，A_x和A_y分别为光束在X方向和Y方向的搅拌频率，f_x和f_y分别为光束在X方向和Y方向的搅拌频率，和分别为激光光束的初始相位。

优选地，所述向后弦长Lb与所述工艺参数的关系式为：