一种大功率激光焊接特性高通量检测方法与流程

技术特征：
1.一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、根据试样材料和激光功率，加工光斑尺寸试样，确定光斑尺寸试样的锯齿深度h1、锯齿宽度w1、锯齿间距w2、厚度h、长度l、宽度w和起焊区长度l1，计算终焊区长度l2，计算方法为l2＝l
‑
l1‑
[2
×
w2‑
(w1 w2)
×
h]；然后制备焊缝熔深试样，焊缝熔深试样的待焊面为平面，焊缝熔深试样的长度、宽度和厚度均与光斑尺寸试样相同；二、将光斑尺寸试样和焊缝熔深试样按照相同的倾斜角度θ进行装夹、固定，两个试样的上表面位于同一平面；三、调整激光焊枪和保护气管的位姿，其中激光焊枪与光斑尺寸试样的待焊面垂直，保护气管和光斑尺寸试样的待焊面平行，设定起焊点激光标定焦点与光斑尺寸试样待焊面的垂直距离为f，标定焦点位于光斑尺寸试样待焊面上方；四、设定焊接路径，包括起焊点和终焊点：起焊点位于起焊区，焊接起点与光斑尺寸试样边缘的距离为5～10mm；终焊点位于终焊区，终焊点与光斑尺寸试样边缘的距离为5～15mm；五、设定激光焊接工艺参数，包括：激光功率p、保护气体流量q、光斑尺寸试样移动速度v1、保护气管移动速度v2；其中六、检查确定激光器、保护气管、试样移动设备和保护气管移动设备是正常工作状态，按启动按钮，沿着焊接方向，进行焊接；七、依次测量光斑尺寸试样每个锯齿的熔宽，建立锯齿位置与熔宽的关系，方法如下：
①
以标定焦点为参考点，确定由前至后第i个锯齿中心位置移动到激光束照射点时，锯齿与标定焦点的垂直距离f
i
，f
i
＝f
‑
[0.5w1 w2 l1‑
l3 (w1 w2)
×
(i
‑
1)]
×
tanθ，l3为起焊点与光斑尺寸试样前端边缘的距离；
②
依次测量锯齿中心位置的熔宽w
i
，w
i
为由前至后第i个锯齿焊接面的熔宽，确定最小熔宽的位置，即为实际焦点；
③
确定实际焦点的检测精度为d mm，以d mm为变化幅度，改变起焊点激光标定焦点与光斑尺寸试样待焊面的垂直距离f，采用步骤五的焊接工艺参数，再次进行焊接，并测量锯齿焊接面的熔宽，重复操作，进行2
×
(w1 w2)/d次测试；八、对焊缝熔深试样进行与光斑尺寸试样相同工艺的激光焊接，然后将焊缝熔深试样沿着焊缝中心线进行分割，再进行粗磨，细磨，抛光和腐蚀处理，测量与步骤七光斑尺寸试样熔宽位置对应的焊缝熔深h
i
，测量焊缝熔深的位置，即测量位置与焊缝熔深试样前端边缘的距离l
j
，采用的计算公式为：l
j
＝0.5w1 w2 l1‑
l3 d
×
(j
‑
1)tanθ，其中，j为整数，且九、依次将步骤七获得的熔宽和步骤八获得的熔深进行对比分析，获得激光焊接特性，完成该方法。2.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤一试样材料为钛合金、不锈钢、碳钢或镍基合金，当激光功率p为10kw≤p＜15kw时，光斑尺
寸试样的锯齿深度h1为3mm、锯齿宽度w1为2mm、锯齿间距w2为3mm、厚度h为35mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～150mm、起焊区长度l1为30mm、终焊区长度l2＞15mm；当激光功率p为15kw≤p＜20kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为3mm、锯齿宽度w1为3mm、锯齿间距w2为3mm、厚度h为40mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～150mm、起焊区长度l1为30mm、终焊区长度l2＞15mm；当激光功率p为20kw≤p＜25kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为4mm、锯齿宽度w1为4mm、锯齿间距w2为4mm、厚度h为45mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～200mm、起焊区长度l1为40mm、终焊区长度l2＞15mm；当激光功率p为25kw≤p＜30kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为5mm、锯齿宽度w1为4mm、锯齿间距w2为5mm、厚度h为50mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～200mm、起焊区长度l1为40mm、终焊区长度l2＞15mm。3.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤一试样材料为铝或铝合金，当激光功率p为10kw≤p＜15kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为4mm、锯齿宽度w1为2mm、锯齿间距w2为3mm、厚度h为40mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～150mm、起焊区长度l1为30mm、终焊区长度l2＞15mm；当激光功率p为15kw≤p＜20kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为4mm、锯齿宽度w1为2mm、锯齿间距w2为3mm、厚度h为45mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～150mm、起焊区长度l1为30mm、终焊区长度l2＞15mm；当激光功率p为20kw≤p＜25kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为5mm、锯齿宽度w1为3mm、锯齿间距w2为5mm、厚度h为50mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～150mm、起焊区长度l1为40mm、终焊区长度l2＞15mm；当激光功率p为25kw≤p＜30kw时，光斑尺寸试样的锯齿深度h1为6mm、锯齿宽度w1为4mm、锯齿间距w2为5mm、厚度h为55mm、长度l为150～800mm、宽度w为100～150mm、起焊区长度l1为40mm、终焊区长度l2＞15mm。4.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤一控制加工表面粗糙度ra为6.3μm。5.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤二所述倾斜角度θ为5
°
～45
°
。6.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤三所述f≥5mm。7.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤三控制保护气管与激光束照射点的距离为5～10mm。8.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤三控制保护气管与光斑尺寸试样待焊面的距离为3～8mm。9.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤七中
①
所述标定焦点位于试样上方为正离焦，标定焦点位于试样下方为负离焦。10.根据权利要求1所述的一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，其特征在于步骤七中
③
所述d的范围为0.5～1mm。

技术总结
一种大功率激光焊接特性高通量检测方法，本发明涉及材料加工工程领域。本发明要解决现有对激光的测试方法操作复杂、数据庞大，且偏差较大的技术问题。方法：加工光斑尺寸试样和焊缝熔深试样，将试样装夹、固定，调整激光焊枪和保护气管的位姿，设定焊接路径，设定激光焊接工艺参数，对光斑尺寸试样进行焊接，测量熔宽，建立锯齿位置与熔宽的关系，获得实际焦点位置；对焊缝熔深试样进行同样的焊接，测量与光斑尺寸试样熔宽位置对应的焊缝熔深。本方法有效解决了多批次，多数量焊接试验带来时间和成本问题，规避了外界因素对检测结果带来的不利影响，实现了对大功率激光焊接光学特性的高效、精准、定量化表征。定量化表征。定量化表征。


技术研发人员：杨义成 陈健 黄瑞生 杜兵 徐锴 聂鑫 方迪生 方乃文 孙谦 费大奎 武鹏博 邹吉鹏 梁晓梅 陈晓宇 李荣
受保护的技术使用者：哈尔滨焊接研究院有限公司
技术研发日：2021.09.07
技术公布日：2021/12/16