[發明專利]一種激光焊接熱循環參數的測試方法及其裝置

有效

• 申請號: 200810041083.3
• 申請日: 2008-07-28
• 公開（公告）號: CN101639456A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 閻啟;吳魯海;薛小懷;徐濟進;陸皓
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G01N25/72
• 分類號: G01N25/72;G01N25/00;B23K26/03;G01K7/02
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司
• 代理人: 竺 明

技術領域

本發明涉及激光焊接技術，特別涉及一種激光快速加熱與冷卻過程中熱影響區溫度的激光焊接熱循環參數的測試方法及其裝置。

背景技術

激光焊作為高效節能型焊接方法，在大型結構的制造上具有廣闊的應用前景。激光焊時激光束在板厚方向形成線狀熱源，能量密度高，無論是厚度較小的薄板還是超厚板與其他焊接方法相比，其焊接熱輸入非常小，焊道及熱影響區窄，熔敷金屬量最少，厚度方向熱膨脹和熱收縮均勻，焊接變形小，焊接質量容易保證。

焊接過程中鄰近焊縫的母材受焊接熱過程的作用而發生組織和性能的變化，這一區域稱為焊接熱影響區，熱影響區是一個具有組織梯度和性能梯度非均勻連續體。與母材相比其塑性和韌性下降顯著，這是由于該區處在焊縫和母材的過渡部位，不僅具有明顯的物理和化學不均勻性，而且常在焊趾和焊根處出現咬邊和裂紋等幾何不均勻性所造成的應力集中，因而焊接熱影響區是整個焊接接頭中的一個薄弱環節。國內外對于焊接加熱對母材組織和性能的影響在手工電弧焊基礎上進行的大量研究成果目前已經在生產實際中得到廣泛的應用。但是針激光焊接過程中焊接加熱和冷卻對母材組織和性能的影響隨著激光焊方法在生產和制造領域的崛起而愈來愈受到重視。

焊接熱影響區是一個小范圍的局部區域，一般只有幾個毫米，對于激光焊焊接接頭來說則更小。要準確測定熱影響區的性能并不是一件容易的事情。目前采用實際焊接接頭試樣和焊接熱模擬試樣兩種方法來研究熱影響區的組織和性能。一般情況下實際焊接接頭缺口沖擊試樣或斷裂韌性試樣所測定的結果并不能代表熱影響區的真實性能，它是母材、焊縫和熱影響區綜合性能的反映。尤其是激光焊接頭的熱影響區范圍窄小，因此準確把缺口開該位置在實際操作中是不可能的。而焊接熱模擬則是在計算機控制的熱模擬機上對試樣施加與實際焊接時相同或相近的熱循環，從而在一個相當大的區域(2～5mm)獲得與實際熱影響區相同或相近的組織狀態，因而可以制備足夠尺寸的試樣，對其進行組織和性能的研究。并且由熱模擬試樣測試的結果與實際粗晶區的真實值有相當的一致性。

對激光焊焊接接頭熱影響區組織和性能進行模擬需要準確的測定其焊接熱循環，由于激光焊加熱速度快和冷卻速度快的特點，一般的熱循環曲線測定試驗方法的響應速度達不到要求而成為激光焊焊接熱模擬的一個難點之一。

通常情況下焊接熱循環曲線測定是在焊接近縫區植入熱電偶，用測試儀器測量熱電偶的一系列電勢值，根據電勢與溫度對照表查得焊接熱影響區的熱循環曲線。激光焊接是高能密度焊接，熱能作用時間快，記錄儀器響應慢，以致常用的測試儀器不能很好的測得準確的熱循環曲線；另外，在激光器功率不大的情況下，不能焊透試板，則不能得到實際的焊接熱循環參數；再者，激光焊焊縫熱影響區比較窄，很難確定所測試熱影響區的位置。

國內外研究人員采用傳統的熱電偶法測試、數值計算與有限元理論分析等方法進行了大量的研究，不同研究者根據不同的材料和不同的研究手段得出的結果又不盡相同。

比如：在《電焊機》2007年37卷第7期中用數值模擬的方法對激光焊熱影響區的熱循環參數進行了研究；在2001年31卷第8期中則采用有限元的方法對焊接溫度場進行了分析，并對350℃以下的模擬結果進行了驗證。在《焊接技術》2007年36卷第1期中采用ANSYS對激光焊接溫度場進行了研究，以上文獻均采用間接的方法進行研究和分析，為此必須根據激光焊接快速加熱與冷卻的特點開發相應的熱循環曲線測試新技術，為獲得焊接熱影響區熱循環參數提供支持。

中國專利申請號200510105426.4公開了“一種非接觸式激光焊接熱循環的測量方法”，該發明采用非接觸式測量方法，用紅外傳感器對激光焊接過程中焊縫的加熱、冷卻過程進行監視，通過信號處理，及特定的標定，獲得整個過程的加熱冷卻情況。該方法雖然能大致對激光焊接熱循環進行測量，但測量精度畢竟沒有接觸式測量精度高，同時該系統較為復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種激光焊接熱循環參數的測試方法及其裝置，能滿足激光焊接熱影響區熱循環參數的測試，克服采用傳統測溫方法與系統中的難點問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是，