[发明专利]一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法

说明书

本发明提供了一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，包括：获取待工作材料不同位置的厚度，基于所述待工作材料的焊接热输入随不同厚度变化的特性，根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域；基于所述不同温度区域，调节脉冲激光波形大小和所述脉冲激光在所述不同温度区域的落点分布，以控制脉冲激光能量的分布区域。本发明解决了现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法。

背景技术

航空航天、国防军工等关键技术领域对致密金属零件的性能、精度与周期的要求日趋苛刻，以激光束为热源的精密焊接/增材制造/修复再制造技术异军突起。现代高端制造业正在加快由大批量低成本粗放制造转向小批量定制、高标准控形控性的精密柔性制造。常规激光对熔池表面的冲击和加热，对熔池的能量与动量传递效果会对最终焊缝形貌以及焊接质量产生直接影响，不可避免地受到非预期的影响，极易产生气孔，变形和晶粒粗化以及焊接飞溅。

传统激光直线焊接，极易产生等离子体屏蔽、低温合金元素烧损，出现小孔不稳定、接头强度降低等问题，严重影响焊接质量和焊件的使用性能。归根结底，是整体熔池温度场的热力分布问题。摆动(振荡扫描)光束激光焊接、双光束焊接等方法可以通过改变扫描轨迹形式使光束振荡运动，能够降低待焊试件的拼装精度，而且能够加大熔池宽度，降低温度梯度，增加熔池的稳定时间。

虽然对常规简单激光焊接/增材制造/修复/再制造有很好的效果。但对于复杂的变厚度结构金属/非金属焊接、异种材料连接；增材制造控形、层间热积累控制；不等间隙的裂纹修复，复杂无规则形貌零件修复/再制造等过程的优化作用不明显。综上，现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法。本发明解决了现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，包括：

获取待工作材料不同位置的厚度，基于所述待工作材料的焊接热输入随不同厚度变化的特性，根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域；

基于所述不同温度区域，调节脉冲激光波形大小和所述脉冲激光在所述不同温度区域的落点分布，以控制脉冲激光能量的分布区域。

优选地，所述脉冲激光频率范围为10-10000Hz，所述脉冲激光功率范围在1-20000W。

优选地，所述待工作材料包括：

变厚度结构金属/非金属焊接、异种材料连接；增材制造控形、层间热积累控制；不等间隙的裂纹修复，复杂无规则形貌零件修复/再制造工艺。

优选地，所述脉冲激光扫描路径方式包括：

横向、锯齿形、圆形、椭圆形、三角形和矩形扫描路径。

优选地，所述获取待工作材料不同位置的厚度包括：

利用激光扫描仪获得所述待工作材料轮廓；

根据所述待工作材料轮廓计算得出焊接位置的轮廓线或三维模型；

通过所述焊接位置的轮廓线或三维模型获取待工作材料不同位置的厚度。

优选地，调节单个脉冲激光波形大小包括：