專利名稱：一種重力對激光焊接接頭焊縫形態(tài)影響的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)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(tài)影響的測量方法。
背景技術(shù)：
隨著激光焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，激光焊接已經(jīng)逐漸成為汽車制造、大型結(jié)構(gòu)件、空間結(jié)構(gòu)制造等現(xiàn)代制造領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。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(huán)境下，因而重力對激光焊接結(jié)構(gòu)件焊縫形態(tài)的影響備受關(guān)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(qū)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(tài)以及微結(jié)構(gòu)的形成。在已有研究中，有研究超重環(huán)境下的，如文獻(xiàn) 1，AIDUN, D.，J. DOMEY, and G. AHMADI, Effect of High Gravity on WeldFusion Zone Shape. 2000,該文獻(xiàn)中公開了一種模擬超重環(huán)境下的試驗(yàn)裝置，驗(yàn)證重力對GTA焊接的焊縫形態(tài)和組織的影響。文獻(xiàn)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(xiàn)公開了在KC-135飛機(jī)中模擬1. 2g和1. Sg重力環(huán)境下GTAM焊接的接頭表面形貌和焊縫形態(tài)。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(huán)境下焊接方向向上的方法，可解決在大型空間結(jié)構(gòu)中需要向上焊接面臨的重力問題。由于在微重力或超重環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)的成本巨大，試驗(yàn)技術(shù)的要求高。為研究重力對焊縫形態(tài)的影響，有必要探索在地面環(huán)境下進(jìn)行模擬試驗(yàn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種重力對激光焊接接頭焊縫形態(tài)影響的測量方法，能夠在地面重力環(huán)境下探討重力對焊縫形態(tài)的影響，也能與超重或微重力環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。本發(fā)明提供的一種重力對激光焊接接頭焊縫形態(tài)影響的測量方法是I)把金屬板材安裝到可調(diào)壓緊裝置上，該裝置具有水平方向和豎直方向的壓緊設(shè)置；2)以激光為熱源，進(jìn)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(yù)定的工藝參數(shù)，使金屬產(chǎn)生傳導(dǎo)焊或深熔焊式的焊縫特征；3)焊后利用電火花線切割機(jī)對板材沿垂直焊縫方向進(jìn)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(yàn)的焊縫形貌的觀察，來定性研究重力對焊縫形態(tài)的影響；5)利用圖像分析軟件對焊縫橫截面形貌圖進(jìn)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(tài)的影響大小。本發(fā)明能夠在地面重力場環(huán)境中探討重力因素對焊縫形態(tài)的影響，也能與超重或微重力環(huán)境中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。該方法可對利用激光進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)件在不同方向下焊接效果提供參考，利于工藝參數(shù)的優(yōu)化。


圖1為激光焊接中重力驅(qū)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(diào)壓緊螺栓；2-金屬試樣；3——壓板；4——基體固定孔；5——可調(diào)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(gè)焊接方向示意圖；①——平行于重力方向水平焊接，對應(yīng)裝置(圖2c)②——垂直于重力方向向上焊接，對應(yīng)裝置(圖2a)③——垂直于重力方向向下焊接，對應(yīng)裝置(圖2a)④——垂直于重力方向橫向焊接，對應(yīng)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(shí)例I中4種焊接方式對應(yīng)的焊縫形貌；圖7為實(shí)例2中4種焊接方式對應(yīng)的焊縫形貌。
具體實(shí)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(shí)，熔池會有熔深減小熔寬增加的特點(diǎn)，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(tài)會有所變化。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了可以進(jìn)行不同焊接方向的實(shí)驗(yàn)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。本發(fā)明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(diào)壓緊裝置的基體5上，基體5上開設(shè)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(shè)置，以激光為熱源，進(jìn)行激光焊接方向垂直或平行于重力方向的焊接試驗(yàn)，通過選擇合理的工藝參數(shù)，使金屬產(chǎn)生傳導(dǎo)焊或深熔焊式的焊縫特征，試驗(yàn)中為了減小環(huán)境等不穩(wěn)定因素的影響不使用保護(hù)氣，金屬板件及各方向的試驗(yàn)條件一樣。焊后利用電火花線切割機(jī)對板材沿垂直焊縫方向進(jìn)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(yàn)的焊縫形貌的觀察，來定性研究重力對焊縫形態(tài)的影響；另外，利用Potoshop對焊縫橫截面形貌圖進(jìn)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(tài)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(shí)例1:在激光功率200W，焊接速度25m/s，離焦量O時(shí)，激光焊接熔池形貌為傳導(dǎo)焊的熔池特征。各個(gè)方向的焊縫形態(tài)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(shí)例2 :在激光功率400W，焊接速度lOm/s，離焦量O時(shí)，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(tài)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(tài)的影響，在激光焊接的傳導(dǎo)焊和深熔焊中都有相同的作用效果。此測量方法試驗(yàn)簡單，測量方便，避免了文獻(xiàn)1、2復(fù)雜的裝置設(shè)計(jì)和苛刻的環(huán)境要求，能夠在地面重力場環(huán)境中探討重力因素對焊縫形態(tài)的影響，也能與超重或微重力環(huán)境中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。該方法可對利用激光進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)件在不同方向下焊接效果提供參考，利于工藝參數(shù)的優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種重力對激光焊接接頭焊縫形態(tài)影響的測量方法是1)把金屬板材安裝到可調(diào)壓緊裝置上，該裝置具有水平方向和豎直方向的壓緊設(shè)置；2)以激光為熱源，進(jìn)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(yù)定的工藝參數(shù)，使金屬產(chǎn)生傳導(dǎo)焊或深熔焊式的焊縫特征；3)焊后利用電火花線切割機(jī)對板材沿垂直焊縫方向進(jìn)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(yàn)的焊縫形貌的觀察，來定性研究重力對焊縫形態(tài)的影響；5)利用圖像分析軟件對焊縫橫截面形貌圖進(jìn)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(tài)的影響大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重力對激光焊接接頭焊縫形態(tài)影響的測量方法，該方法是1)把金屬板材安裝到可調(diào)壓緊裝置上，該裝置具有水平方向和豎直方向的壓緊設(shè)置；2)以激光為熱源，進(jìn)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(yù)定的工藝參數(shù)，使金屬產(chǎn)生傳導(dǎo)焊或深熔焊式的焊縫特征；3)焊后利用電火花線切割機(jī)對板材沿垂直焊縫方向進(jìn)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(yàn)的焊縫形貌的觀察，來定性研究重力對焊縫形態(tài)的影響；5)利用圖像分析軟件對焊縫橫截面形貌圖進(jìn)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(tài)的影響大小。
文檔編號B23K26/20GK103042306SQ20111030709
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者虞鋼, 褚慶臣, 鄭彩云, 寧偉健, 何秀麗, 李少霞 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所