[發明專利]一種重力對激光焊接接頭焊縫形態影響的測量方法

有效

• 申請號: 201110307091.X
• 申請日: 2011-10-12
• 公開（公告）號: CN103042306A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 虞鋼;褚慶臣;鄭彩云;寧偉健;何秀麗;李少霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/42;G01B15/04
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種金屬激光焊接測量方法，尤其涉及一種重力對接頭焊縫形態影響的測量方法。

背景技術

隨著激光焊接技術的迅速發展，激光焊接已經逐漸成為汽車制造、大型結構件、空間結構制造等現代制造領域的一項關鍵技術。由于激光的焊接條件常處于焊接方向不同于重力方向，甚至微重力或超重環境下，因而重力對激光焊接結構件焊縫形態的影響備受關注。

激光焊接中熔池是在反沖壓力、表面張力和重力引起的浮力驅動下形成與演化的(Semak，V.V.，et?al.ACONCEPTFOR?A?HYDRODYNAMIC?MODEL?OF?KEYHOLE?FORMATION?AND?SUPPORT?DURING?LASER?WELDING.1994.Orlando，Fl：Spie-Int?Soc?Optical?Engineering)，重力影響著熔池的形態以及微結構的形成。在已有研究中，有研究超重環境下的，如文獻1，AIDUN，D.，J.DOMEY，and?G.AHMADI，Effect?of?High?Gravity?on?Weld?Fusion?Zone?Shape.2000，該文獻中公開了一種模擬超重環境下的試驗裝置，驗證重力對GTA焊接的焊縫形態和組織的影響。文獻2，Kang，N.Y.，J.Singh，and?A.K.Kulkarni.Gravitational?effects?on?the?weld?pool?shape?and?microstructural?evolution?during?gas?tungsten?arc?and?laser?beam?welding?of?304?stainless?steel?and?Al-4wt％?Cu?alloy.2003.Davos，SWITZERLAND：New?York?Acad?Sciences，該文獻公開了在KC-135飛機中模擬1.2g和1.8g重力環境下GTAM焊接的接頭表面形貌和焊縫形態。有研究在逆著重力方向焊接的，如專利1，Manabe，Yukio.et?al.Welding?method?in?the?overhead?and?vertical?positions.EP0832710-B1.該專利公開一種在地面重力環境下焊接方向向上的方法，可解決在大型空間結構中需要向上焊接面臨的重力問題。

由于在微重力或超重環境下進行試驗的成本巨大，試驗技術的要求高。為研究重力對焊縫形態的影響，有必要探索在地面環境下進行模擬試驗的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種重力對激光焊接接頭焊縫形態影響的測量方法，能夠在地面重力環境下探討重力對焊縫形態的影響，也能與超重或微重力環境下的實驗結果進行對比。

本發明提供的一種重力對激光焊接接頭焊縫形態影響的測量方法是：

1)把金屬板材安裝到可調壓緊裝置上，該裝置具有水平方向和豎直方向的壓緊設置；

2)以激光為熱源，進行激光焊接方向垂直或平行于重力方向的焊接，通過選擇預定的工藝參數，使金屬產生傳導焊或深熔焊式的焊縫特征；

3)焊后利用電火花線切割機對板材沿垂直焊縫方向進行線切割；

4)利用掃描電子顯微鏡觀測得到焊縫橫截面形貌，通過對不同焊接方向試驗的焊縫形貌的觀察，來定性研究重力對焊縫形態的影響；

5)利用圖像分析軟件對焊縫橫截面形貌圖進行測量，通過對比不同焊接方向得到焊縫的熔寬、熔深值，來定量分析重力對焊縫形態的影響大小。

本發明能夠在地面重力場環境中探討重力因素對焊縫形態的影響，也能與超重或微重力環境中的試驗結果進行對比。該方法可對利用激光進行大型結構件在不同方向下焊接效果提供參考，利于工藝參數的優化。

附圖說明

圖1為激光焊接中重力驅動熔池流動示意圖(熔池橫截面)；

圖2為不同激光焊接方向下裝置示意圖；

1——可調壓緊螺栓；

2——金屬試樣；

3——壓板；

4——基體固定孔；

5——可調壓緊裝置基體。

圖2a——垂直于重力方向向下或向上焊接

圖2b——垂直于重力方向橫向焊接

圖2c——平行于重力方向水平焊接

圖3為四個焊接方向示意圖；

①——平行于重力方向水平焊接，對應裝置(圖2c)

②——垂直于重力方向向上焊接，對應裝置(圖2a)

③——垂直于重力方向向下焊接，對應裝置(圖2a)