一种激光复合焊焊接工艺的参数调试方法及系统与流程 专利技术说明

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本技术属于船舶技术领域，特别是涉及一种激光复合焊焊接工艺的参数调试方法及系统。背景技术：2.激光复合焊能够控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率，使工件融化，形成特定的熔池，拥有焊接速度快、变形小等特点，在较大程度上改善了工件对激光能量的吸收与利用。在国内船舶建造领域，激光复合焊作为一种先进的焊接工艺，目前民船用钢已有工程化应用案例，在未来船舶建造领域内，激光复合焊工艺的全面推广也将是大势所趋。但由于船用高强钢材料的特殊性质，其焊接工艺与普通钢材也存在较大差异，如焊接时的裂纹敏感性和焊接热影响区的力学性能等。在低合金高强钢激光复合焊工艺的调试过程中，会遇到诸如焊缝表面产生焊瘤、咬边、成型不均匀亦或内部产生气孔等各种焊接技术问题，由于激光复合焊的焊接参数较多且焊接参数对焊缝成型的影响呈非线性变化，找到并确定针对不同钢板的最佳焊接工艺参数仍是目前技术人员需要解决的一大难题。3.因此，需要提供一种针对上述现有技术中的不足的改进技术方案。技术实现要素：4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种激光复合焊焊接工艺的参数调试方法及系统，用于解决如何快速调试并确定任意厚度高强钢的焊接工艺参数区间等问题。5.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种激光复合焊焊接工艺的参数调试方法，所述参数调试方法包括以下步骤：6.s1：构建焊接工艺参数化模型平台；7.s2：获取工件信息，设定初始焊接工艺参数；8.s3：设定激光功率为初始调试变量；9.s4：选取其中一个焊接工艺参数进行第一焊段试验，控制其他工艺参数恒定；若试验不合格，依次选取其他焊接工艺参数，直至第一焊段试验合格；10.s5：使用s4中确定的焊接工艺参数进行第二焊段试验；若试验不合格，缩小所选取的焊接工艺参数差值，重复步骤s4，直至第二焊段试验合格；11.s6：使用s5中确定的焊接工艺参数进行第三焊段试验，若试验不合格，缩小所选取的焊接工艺参数差值，重复步骤s4，直至第三焊段试验合格；12.其中，所述第一焊段、所述第二焊段和所述第三焊段的长度依次增加。13.在一个实施方式中，步骤s2中，所述初始焊接工艺参数包括焊接速度vh和送丝速度vs，其中，所述送丝速度vs的计算方法为：14.v＝t×l×w×1.215.vs＝π×(d/2)2×l/(vh×v)16.其中，v为焊丝填充量体积，t为工件厚度，l为焊缝长度，w为焊缝熔宽，vs为送丝速度，vh为焊接速度，d为焊丝直径。17.在一个实施方式中，步骤s3中，初始的激光功率p为在初始的焊接速度vh条件下进行纯激光焊接，工件完全焊透的最小功率值。18.在一个实施方式中，步骤s3还包括，设定离焦量f、焊丝干伸长h、光丝间距d、弧长修正α和焦点偏移量a。19.在一个实施方式中，步骤s4中，所述第一焊段试验的步骤为：20.s41：选取激光功率p为调试对象，焊接功率p依次设为p-2dp、p-dp、p、p+dp、p+2dp，其中，dp为焊接功率差值；21.s42：选取送丝速度vs为调试对象，送丝速度vs依次设为vs-2dv、vs-dv、vs、vs+dv、vs+2dv，其中，dv为送丝速度差值；22.s43：选取弧长修正α为调试对象，弧长修正α依次设为α-2δ、α-δ、α、α+δ、α+2δ，其中，δ为弧长修正差值；23.所述第一焊段的其中任一步骤试验合格，则进入第二焊段试验。24.在一个实施方式中，25.所述第二焊段的试验合格判定方式为：工件表面成形合格且气孔缺陷率达标；26.所述第三焊段的试验合格判定方式为：工件表面成形合格且气孔缺陷率达标。27.在一个实施方式中，步骤s5中，若所述第二焊段的试验结果为气孔超标，则增大离焦量f后，再重复步骤s4。28.在一个实施方式中，步骤s6中，若所述第三焊段的试验结果为气孔超标，则增大离焦量f后，再重复步骤s4。29.在一个实施方式中，所述第一焊段、所述第二焊段和所述第三焊段的长度依次为100mm、500mm和1500mm。30.本技术还提供一种激光复合焊焊接工艺的参数调试系统，包括：31.获取模块，用于获取工件信息；32.输入模块，用于设定初始焊接工艺参数；33.第一计算模块，用于根据获取的工件信息和设定的初始焊接工艺参数，生成建议焊接工艺参数并进行第一焊段的试验，所述建议焊接工艺参数包括激光功率p、送丝速度vs和弧长修正α；34.第二计算模块，用于根据所述第一计算模块确定的焊接工艺参数，生成调整焊接工艺参数差值的建议并进行第二焊段试验；35.第三计算模块，用于根据所述第二计算模块确定的焊接工艺参数，生成调整焊接工艺参数差值的建议并进行第三焊段试验；36.输出模块，用于输出所述第三计算模块确定的焊接工艺参数。37.与现有技术相比，本技术提供的技术方案具有以下有益效果：38.1、本技术的激光复合焊焊接工艺的参数调试方法能够快速高效的确定工件焊接的最佳焊接参数，尤其适用于任意厚度的低合金高强钢工件的焊接工艺参数选择。通过依次选取不同焊接工艺参数进行试验，并按照焊段长度分为第一焊段、第二焊段和第三焊段，逐级优化缩小工艺参数的选取范围，以更快的确定得到最佳焊接工艺参数。39.2、本技术中通过激光熔透性试验确定初始的激光功率，并优先对激光功率进行调试，锁定焊接工艺参数的可选范围，再对其他焊接工艺参数，如送丝速度和弧长修正等因素的调试，得到准确的最佳工艺参数。40.3、本技术的激光复合焊焊接工艺的参数调试系统为用户提供了可靠的焊接工艺参数建议，提高了焊接参数与工件的匹配度，从而快找到到最佳焊接工艺参数区间，并且本技术的参数调试系统能够储存并调用其已生成的数据模型，进一步优化工艺调整参数的选取建议。附图说明41.图1为本技术焊接工艺的参数调试方法流程图；42.图2为本技术焊接工艺的参数调试逻辑框图；43.图3为本技术焊接工艺的参数调试系统结构框图。44.附图标记说明：45.1、获取模块；2、输入模块；3、第一计算模块；4、第二计算模块；5、第三计算模块；6、输出模块。具体实施方式46.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与原理。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。47.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的步骤而非按照实际实施时的步骤数目绘制，其实际实施时步骤可为一种随意的改变，或可能更为复杂。48.实施例149.本实施例公开了一种激光复合焊焊接工艺的参数调试方法，参见图1～2，参数调试方法包括以下步骤：50.s1：构建焊接工艺参数化模型平台；51.s2：获取工件信息，包括工件的物化性质信息，如工件尺寸、材质和型号、屈服强度和硬度等基本数据，随后设定初始焊接工艺参数；52.具体地，初始焊接工艺参数包括焊接速度vh、送丝速度vs、焊缝熔宽w、焊丝填充量体积v和焊缝长度l，其中，焊接速度vh根据用户生产效率确定，在保证生产效率的基础上，进行其他参数调整以达到最佳工艺要求；53.送丝速度vs通过以下公式计算得出：54.v＝t×l×w×1.2[0055]vs＝π×(d/2)2×l/(vh×v)[0056]其中，v为焊丝填充量体积，t为工件厚度，l为焊缝长度，w为焊缝熔宽，vs为送丝速度，vh为焊接速度，d为焊丝直径。[0057]s3：设定激光功率为初始调试变量；[0058]具体地，初始的激光功率p通过激光熔熔透性试验确定，为在初始的焊接速度vh条件下进行纯激光焊接，工件完全焊透的最小功率值，将此最小功率值记录为初始的激光功率p。[0059]作为示例：对于6mm的钢板工件，优先选用6000w激光功率进行试验，对于8mm的钢板工件，优先选用8000w的激光功率进行试验，以此类推。在预设的焊接速度vh的条件下进行纯激光焊接，观察激光能否完全熔透钢板工件正反面，若未焊透，则适当增加激光功率p再次进行熔透性试验，直至钢板工件正反面可以完全熔透，将该激光功率p作为后续参数调试的依据。若已焊透，可适当减少激光功率p，观察能够将钢板正反面完全焊透所需要的最小功率，将该激光功率p作为后续参数调试的依据。[0060]在确定初始的激光功率p后，还需要设定其他参数，如：离焦量f、送丝速度vs、焊丝干伸长h、光丝间距d、弧长修正α和焦点偏移量a。[0061]作为示例：针对厚度10mm以下的薄板工件，由于薄板的焦平面位于钢板工件表面上方，对能量需求较小，为避免焊接能量集中带来的工件形变，可选用正离焦，通常离焦量f设定范围为0mm～+5mm，如采用中间数值+3mm作为初始焊接参数进行调节；而针对厚度10mm以上的工件，由于其焦平面位置较低且其能承受的焊接能量较大，通常离焦量f的设定范围为-5mm～+3mm，如采用中间数值0mm作为初始焊接参数进行调节。[0062]作为示例：焊丝干伸长h是指焊丝端头至导电嘴端头的距离，焊丝干伸长h一般控制在5～25mm，不宜过短或过长，否则易产生凹坑、气沟、电弧不稳等缺陷，通常直径0.9mm的焊丝干伸长h控制在15mm左右，直径1.2～1.6mm的焊丝干伸长h控制在20mm左右。根据焊丝参数设置一个固定的初始值，以便于后续工艺参数调整。[0063]作为示例：光丝间距d指的是激光光斑中心到焊丝端头与工件表面接触点的距离。光丝间距d在负值时(如-2mm)，焊接过程中断弧现象严重，工件对激光吸收率降低，焊接过程不稳定，焊缝不连续；光丝间距d趋近于0mm时，光斑的作用位置较靠近熔滴的下部，使熔滴在焊丝尖端不断增大，而无法顺利过渡到熔池中，大熔滴接触到熔池时会产生强烈的爆断和大量飞溅；光丝间距d继续增加时，两热源相对独立，光致等离子体不能吸引电弧，焊接稳定性降低。对于高强钢工件的焊接工艺，可适当增大光丝间距d，如：初始的光丝间距d设置为2mm，以便于后续工艺参数调整。[0064]作为示例：以焦点位于原点作为初始值设定原则，焦点偏移量a可设置为0mm。[0065]s4：以上焊接工艺参数的初始值设定完成后，选取其中一个焊接工艺参数进行第一焊段试验，控制其他工艺参数恒定；若试验不合格，依次选取其他焊接工艺参数，直至第一焊段试验合格；第一焊段的其中任一步骤试验合格，则进入第二焊段试验。[0066]具体地，第一焊段试验的步骤为：[0067]s41：选取激光功率p为调试对象，焊接功率p依次设为p-2dp、p-dp、p、p+dp、p+2dp，其中，dp为焊接功率差值；[0068]作为示例：第一焊段包括五个短焊段，dp值选取500w，则焊接功率依次为p-1000、p-500、p、p+500、p+1000，焊接后观察焊缝成形状态，选择焊缝正反面基本熔透且成形均匀的激光功率参数作为s42的调试对象，若表面成形良好，如焊缝无咬边情况发生，则可进入第二焊段测试，若存在表面成形缺陷，则选择下一个焊接工艺参数如送丝速度vs或弧长修正α进行调试。[0069]s42：选取送丝速度vs为调试对象，送丝速度vs依次设为vs-2dv、vs-dv、vs、vs+dv、vs+2dv，其中，dv为送丝速度差值；[0070]作为示例：将s41确定的激光功率参数以及其他焊接工艺参数固定，仅调节送丝速度vs，dv值选取0.5m/min，则送丝速度依次为vs-1、vs-0.5、vs、vs+0.5、vs+1。观察工件表面成形状态是否有优化，如焊接工件咬边现象是否减轻或者消除，若焊缝无咬边则可进入第二焊段测试，若咬边现象减轻但未消除的，则选择下一个焊接工艺参数弧长修正α进行调试。[0071]s43：选取弧长修正α为调试对象，弧长修正α依次设为α-2δ、α-δ、α、α+δ、α+2δ，其中，δ为弧长修正差值；[0072]作为示例：将s41和s42确定的激光功率参数、送丝速度以及其他焊接工艺参数固定，仅调整弧长修正α，δ值选取3％，若初始的弧长修正α定义为0，则调试的弧长修正α依次为-6％、-3％、0、+3％、+6％。观察工件表面成形状态是否有优化，若咬边消除则可进入第二焊段测试。[0073]s5：使用s4中确定的焊接工艺参数进行第二焊段试验；若试验不合格，缩小所选取的焊接工艺参数差值，重复步骤s4，直至第二焊段试验合格。[0074]具体地，第二焊段长度大于第一焊段长度，第二焊段的试验合格判定方式为：工件表面成形合格且气孔缺陷率达标。[0075]作为示例：若工件表面成形有缺陷，则重复s41～s43，在重复试验过程中，缩小每个焊接工艺参数所选取的差值，进行微调，比如，将焊接功率差值dp由500减小到400、300、200等；将送丝速度差值dv由0.5减小到0.4、0.3、0.2等；将弧长修正差值δ由3％减小到2％、1.5％、1％等。若第二焊段的试验结果为工件表面成形合格但气孔超标，则增大离焦量f后，再重复步骤s41～s43。[0076]s6：使用s5中确定的焊接工艺参数进行第三焊段试验，若试验不合格，缩小所选取的焊接工艺参数差值，重复步骤s4，直至第三焊段试验合格。[0077]具体地，第三焊段长度大于第二焊段长度，第三焊段的试验合格判定方式为：工件表面成形合格且气孔缺陷率达标。[0078]作为示例：若工件表面成形有缺陷，则重复s41～s43，在重复试验过程中，继续缩小每个焊接工艺参数所选取的差值，进行微调，比如，根据步骤s5中的工艺参数差值调整范围，将焊接功率差值dp、送丝速度差值dv和弧长修正差值δ再次缩小取值范围。若第三焊段的试验结果为工件表面成形合格但气孔超标，则增大离焦量f后，再重复步骤s41～s43。[0079]其中，第一焊段、第二焊段和第三焊段的长度依次增加。第一焊段、第二焊段和第三焊段的长度可以依次设置为100mm、500mm和1500mm，也即，第一焊段包含的五个短焊段的总长度值与第二焊段相同，使焊接工艺参数的三次选取具有一定连续性，逐级优化缩小工艺参数的选取范围，以更快的确定得到最佳焊接工艺参数。[0080]实施例2[0081]本实施例公开了一种激光复合焊焊接工艺的参数调试系统，参见图3，包括：[0082]获取模块1，用于获取用户输入的工件信息；[0083]输入模块2，用于设定初始焊接工艺参数；[0084]第一计算模块3，用于根据获取的工件信息和设定的初始焊接工艺参数，生成建议焊接工艺参数并进行第一焊段的试验，建议焊接工艺参数包括激光功率p、送丝速度vs和弧长修正α；在第一焊段试验过程包括：[0085]s41：选取激光功率p为调试对象，焊接功率p依次设为p-2dp、p-dp、p、p+dp、p+2dp，其中，dp为焊接功率差值；[0086]s42：选取送丝速度vs为调试对象，送丝速度vs依次设为vs-2dv、vs-dv、vs、vs+dv、vs+2dv，其中，dv为送丝速度差值；[0087]s43：选取弧长修正α为调试对象，弧长修正α依次设为α-2δ、α-δ、α、α+δ、α+2δ，其中，δ为弧长修正差值；[0088]所述第一焊段的其中任一步骤试验合格，焊接工艺参数确认后导入第二计算模块4，进行第二焊段试验；[0089]第二计算模块4，用于根据第一计算模块3确定的焊接工艺参数，生成调整焊接工艺参数差值的建议并进行第二焊段试验；若工件表面成形有缺陷，则第二焊段试验步骤与第一焊段试验步骤相同；若第二焊段的试验结果为工件表面成形合格但气孔超标，则增大离焦量f后，再重复第一焊段试验步骤。[0090]第三计算模块5，用于根据第二计算模块4确定的焊接工艺参数，生成调整焊接工艺参数差值的建议并进行第三焊段试验，第三计算模块5的焊接工艺参数调整范围设定为小于第二计算模块4的焊接工艺参数调整范围；若工件表面成形有缺陷，则第三焊段试验步骤与第一焊段试验步骤相同；若第三焊段的试验结果为工件表面成形合格但气孔超标，则增大离焦量f后，再重复第一焊段试验步骤。[0091]输出模块6，用于输出第三计算模块5确定的焊接工艺参数。[0092]综上所述，本技术提供一种激光复合焊焊接工艺的参数调试方法及系统，通过依次选取不同焊接工艺参数进行试验，并按照焊段长度分为第一焊段、第二焊段和第三焊段，逐级优化缩小工艺参数的选取范围，解决了如何快速调试并确定任意厚度高强钢的激光复合焊焊接工艺参数区间等问题，为用户提供了可靠的焊接工艺参数建议。所以，本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。[0093]上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。









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