一種重力對激光焊接接頭焊縫形態影響的測量方法技術

本發明專利技術公開了一種重力對激光焊接接頭焊縫形態影響的測量方法，該方法是：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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于焊接
，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。
技術介紹
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 FORMATIONAND SUPPORT DURING LASER WELDING. 1994. Orlando, Fl =Spie-1nt Soc OpticalEngineering),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 WeldFusion 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. Kulkarn1.Gravitational effects on the weld pool shape and microstructural evolutionduring gas tungsten arc and laser beam welding of 304 stainless steel andAl~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. Sg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 l，Manabe, Yukio. et al. Welding method in the overheadand 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。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供，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。本專利技術提供的是I)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。本專利技術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；I—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)④——垂直于重力方向橫向焊接，對應裝置(圖2b)圖4板材線切割示意圖；I，-焊縫；2’——線切割位置；3’——板材；圖5焊縫的熔深熔寬示意圖；圖6為實例I中4種焊接方式對應的焊縫形貌；圖7為實例2中4種焊接方式對應的焊縫形貌。具體實施例方式在已有研究中可知，在有重力的作用下，在平行于重力方向水平焊接時，熔池會有熔深減小熔寬增加的特點，如圖1所示。因此，如果改變重力與激光焊接的方向，熔池的形態會有所變化。為此，本專利技術設計了可以進行不同焊接方向的實驗裝置，如圖2a c所示。由于圖2a、2b的焊接方向垂直于重力方向，從熔池橫截面上看，圖2a和圖2b不會受到圖2c中重力的影響。本專利技術的測量方法具體如下如圖2a c所示，把金屬試樣2通過壓板3安裝到可調壓緊裝置的基體5上，基體5上開設有基體固定孔4，壓板3通過螺栓I固定在基體5上。如圖2a c所示，該裝置具有水平方向和豎直方向的壓緊設置，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試驗，通過選擇合理的工藝參數，使金屬產生傳導焊或深熔焊式的焊縫特征，試驗中為了減小環境等不穩定因素的影響不使用保護氣，金屬板件及各方向的試驗條件一樣。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，如圖4所示，圖中I’為焊縫，2’為線切割位置，3’為形成焊縫的金屬試樣。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；另外，利用Potoshop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，如圖5所示，來定量分析重力對焊縫形態的影響大小。以下通過具體事例說明。具體事例為了便于說明，圖2的簡化示意圖見圖3。實例1:在激光功率200W，焊接速度25m/s，離焦量O時，激光焊接熔池形貌為傳導焊的熔池特征。各個方向的焊縫形態見圖6。由于圖3的②③④橫截面方向不受重力影響，其熔寬比①小，熔深比①大，和已有研究相符。實例2 :在激光功率400W，焊接速度lOm/s，離焦量O時，激光焊接熔池形貌為深熔焊焊的熔池特征。各方向的焊縫形態見圖7。從圖中可見①的熔寬比其他都大些，熔深小些。由此可以看出重力對焊縫形態的影響，在激光焊接的傳導焊和深熔焊中都有相同的作用效果。此測量方法試驗簡單，測量方便，避免了文獻1、2復雜的裝置設計和苛刻的環境要求，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。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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。

【技術特征摘要】
1.一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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：