[發明專利]一種用于蒙皮-桁條的柔性激光焊接方法及裝置

有效

• 申請號: 202110799732.1
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113478082B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 顏廷艷;占小紅;劉金釗;高轉妮;王磊磊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/22
• 分類號: B23K26/22;B23K26/21
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王瑞云

本發明提供一種用于蒙皮?桁條的柔性激光焊接方法及裝置，包括：離線編程系統獲取焊縫軌跡，激光焊接系統獲取焊縫軌跡的間隙數據，焊前掃描系統建立間隙寬度與焊縫長度的函數關系；中央控制系統判斷裝配條件是否滿足激光焊接要求；在裝配條件滿足激光焊接要求時，工藝規劃系統獲取相關特征信息，并根據相關特征信息以及模型參數數據庫獲取點焊工藝方案；激光焊接系統根據點焊工藝方案，采用脈沖激光在焊接區域進行點焊，熔池監測系統對整個點焊過程進行實時觀察記錄。本發明對不同位置曲率時時變化的空間復雜曲線焊縫進行體系化分步焊接，達到降低工藝參數敏感性，避免未焊透、焊漏等缺陷的產生，提高焊接過程穩定性并改善焊縫質量的目的。

技術領域

本發明涉及激光焊接技術，尤其涉及一種用于蒙皮-桁條的柔性激光焊接方法及裝置。

背景技術

TC4鈦合金具有密度低、比強度高、耐腐蝕性能優異等特點，經熱處理加工后塑性良好、強度較高，表現出良好的綜合力學性能，被廣泛應用于航空航天領域。我國航空工業以大型化、輕量化、復雜化等作為主要發展方針，正處于前所未有的蓬勃發展階段，基于此現實需求，作為一種重要輕質結構的鈦合金蒙皮-桁條結構的應用愈加廣泛。雙激光束雙側同步焊接技術具有焊接速度高、熱輸入低、能量密度高等優點，其較低的熱輸入可以最大限度的減少變形并降低殘余應力。此外，該技術不易破壞蒙皮外表面，適合應用于對結構完整性要求較高的領域。因此，雙激光束雙側同步焊接是一種十分理想的用于連接鈦合金蒙皮-桁條結構的焊接工藝。

然而，激光焊接是一個瞬變、高溫且多重力場相互作用的過程，如何調控其焊接過程的穩定性一直是一個至關重要的研究內容。此外，鈦合金蒙皮-桁條結構在航空工業實際應用過程中常出現在大型薄壁復雜焊接結構件中，其焊縫軌跡通常為空間復雜曲線且焊接距離較長，同時薄板焊接對于工藝參數更為敏感，這對如何實現薄壁鈦合金蒙皮-長桁條空間復雜曲線焊縫的持續穩定焊接提出了更為嚴峻的挑戰。

發明內容

本發明實施例提供一種用于蒙皮-桁條的柔性激光焊接方法及裝置，以實現對不同位置曲率時時變化的空間復雜曲線焊縫進行體系化分步焊接，達到降低工藝參數敏感性，避免未焊透、焊漏等缺陷的產生，提高焊接過程穩定性并改善焊縫質量的目的。

第一方面，本發明實施例提供一種用于蒙皮-桁條的柔性激光焊接方法，包括：

離線編程系統獲取焊縫軌跡，激光焊接系統獲取所述焊縫軌跡的間隙數據，焊前掃描系統建立間隙寬度與焊縫長度的函數關系；

中央控制系統判斷裝配條件是否滿足激光焊接要求；

在裝配條件滿足激光焊接要求時，工藝規劃系統獲取相關特征信息，并根據所述相關特征信息以及模型參數數據庫獲取點焊工藝方案；

激光焊接系統根據所述點焊工藝方案，采用脈沖激光在焊接區域進行點焊，熔池監測系統對整個點焊過程進行實時觀察記錄，所述中央控制系統將熔池形態特征數據導入特征數據庫，優化工藝參數預測模型，更新模型參數數據庫；

所述工藝規劃系統根據所述模型參數數據庫以及所述點焊工藝方案，獲取彌合焊工藝方案；

所述激光焊接系統根據所述彌合焊工藝方案，采用脈沖激光對全焊接區域開展彌合焊，所述熔池監測系統對整個彌合焊過程的熔池形態進行實時監測，當蒙皮側焊透深度偏離蒙皮厚度的第一百分比時，所述中央控制系統調節焊接參數，獲取彌合焊整體焊接過程焊縫形貌特征數據及損失值；

所述工藝規劃系統根據所述模型參數數據庫以及所述彌合焊工藝方案，獲取正式焊工藝方案；

所述激光焊接系統根據所述正式焊工藝方案，采用連續激光對全焊接區域進行焊接，所述熔池監測系統實時監測整個焊接過程的熔池形態，當蒙皮側焊透深度偏離蒙皮厚度的第二百分比時，所述中央控制系統調節所述焊接參數。

進一步地，離線編程系統獲取焊縫軌跡，激光焊接系統獲取所述焊縫軌跡的間隙數據，焊前掃描系統建立間隙寬度與焊縫長度的函數關系，包括：