[發明專利]激光焊接的焊縫/熱影響區形狀及其晶粒尺寸預測方法

無效

• 申請號: 200910232281.2
• 申請日: 2009-12-10
• 公開（公告）號: CN101722371A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 李新城;朱偉興;馮曉天;陳煒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/42
• 分類號: B23K26/42
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及激光焊接技術領域，具體地說是一種激光拼焊板的焊縫/熱影響區形狀預測以及相應區域的晶粒尺寸預測方法及裝置。?

背景技術

?近年來，隨著國民經濟的增長，汽車工業蓬勃發展，經濟實用的汽車以其質量輕、耗油少、安全性高而備受廣大消費者的青睞。激光拼焊板的應用減低了車身質量，降低了生產成本，被越來越多的汽車制造廠所采用。激光拼焊不僅在交通運輸裝備制造業中被使用，還在建筑業、橋梁、家電板材焊接生產、軋鋼線鋼板焊接(連續軋制中的鋼板連接)等領域中被大量使用。長期以來，各種板材的激光焊接工藝優化及其組織控制主要通過實物試驗來探索確定，這必將耗費大量的人力、物力和時間，并且因在各個控制環節存在的人為因素，將或多或少地影響到激光焊接工藝優化及其組織控制的精度。若能利用計算模擬技術和預測技術，則可及時調整和優化工藝，繼而實現對板材焊縫及其熱影響區的形狀和晶粒尺寸控制。然而，在生產中對板材組織變化的觀察和測試是不可能的。目前，借助計算機模擬技術可以模擬激光焊接工藝過程，從而能夠預測激光拼焊板焊縫/熱影響區的形狀以及相應區域的晶粒尺寸，但該技術目前國內外還未見報道。?

最新檢索工作表明，IDS中心的Rostyslav?Ilyushenko在2006年向美國專利局申請了專利“Welding?method”（專利號US20060013645），該專利的內容主要為通過摩擦攪拌焊接工藝以細化熔焊后拼焊板的晶粒尺寸；此外，西門子公司知識產權部的Srilkanth?C.?Kottilingam在同年亦向美國專利局申請了專利“Weldability?of?alloys?with?directionally-solidified?grain?structure”（專利號US20060157165），該專利的內容主要為通過對熔化焊后拼焊板進行激光噴丸、熱處理等工藝，以獲得局部晶粒位向一致的晶粒結構。但關于焊縫形狀及晶粒尺寸預測方法的專利成果未見報道。

發明內容

本發明的目的是以常用激光拼焊鋼板為研究對象，具體涉及冷軋深沖板系列St12～St16；碳素冷軋板系列Q195～Q275；高強度低合金鋼板系列B240/390DP、?B340/590DP等。提供一種能預測這些拼焊板焊縫/熱影響區的形狀及其晶粒尺寸的方法及裝置。?

本發明所說的激光焊接的焊縫/熱影響區形狀及其晶粒尺寸預測方法，包括以下步驟：?

(1)從數據庫中讀取激光焊接過程所需的母材基本信息如成分等和工藝參數，為后續流程提供初始條件的步驟；?

(2)根據待焊鋼的熔點和A_C1點溫度，分別與焊件厚度各個層面水平方向上等距離的測點(節點)的溫度進行比較，同時利用插值法計算得出焊件厚度各個層面水平方向上的臨界溫度節點，繼而模擬焊接工藝得到焊縫及熱影響區的預測形狀的步驟；?

(3)結合待測焊件的成分、工藝參數對PLS公式進行精度的檢驗與控制，得到精度最高的目標區域PLS晶粒尺寸預測公式，計算后得出目標區域的晶粒尺寸預測值的步驟；?

(4)輸出計算數據結果的步驟。?

本發明步驟(1)中所說的焊接工藝參數是本領域技術人員所熟知的，包括：焊接板的鋼種及其成分、熔點(T₀)、A_C1點、待焊板材厚度等尺寸規格、激光功率、焊接速度、光斑直徑、線能量、離焦量、焦距、吸熱系數等；當焊接工藝參數讀取無誤，則轉入下一步驟；如有錯誤，則可返回重新讀取母材基本信息和工藝參數。?

上述步驟(2)具體是：將三維溫度場動態模擬圖進行數字化處理，以焊縫中心線為起點，選取焊件厚度方向上各個層面水平方向上等距離的測點溫度，繼而得到目標區域的節點溫度分布圖；將各節點溫度與該鋼的T₀溫度相比較，并利用插值算法計算得出焊縫各層面與T₀溫度相同的臨界節點；同理與A_C1溫度相比較并通過插值計算，可得熱影響區各層面與A_C1溫度相同的臨界節點；分別連接焊縫、熱影響區上的這些臨界節點既可得待測的焊縫形狀、熱影響區形狀。?

上述步驟(4)中輸出的方式可以是采用表格、曲線、動畫或智能報告方式對各預測結果進行顯示輸出。?