一种基于ICME的激光焊接全工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ICME的激光焊接全工艺方法，包括以下步骤：a、根据坡口形状和焊接层数进行熔敷量计算，得到焊丝直径和送丝速度；b、根据构件服役条件、钛合金材料数据库、焊接接头性能和变相行为进行相图计算，得到焊丝成分；c、根据送丝速度和焊丝成分建立焊接结构有限元模型，选用的激光焊接热源模型，对TC4钛合金激光焊接进行热场和流场的模拟，计算传不同的焊接参数；d、根据焊接参数选出工艺参数组;e、根据工艺参数组进行试验验证，实现TC4钛合金薄板窄间隙激光焊接。能够精确设计出焊接层数、坡口等工艺参数，减少了焊接过程热裂纹等缺陷的产生，提高了工艺开发效率，节约成本。节约成本。节约成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ICME的激光焊接全工艺方法


[0001]本专利技术属于激光焊接
，具体涉及一种基于ICME的激光焊接全工艺方法。

技术介绍

[0002]集成计算材料工程（Integrated Computational Materials Engineering, ICME）应运而生，ICME是美国为了开发新的智能制造技术而提出的一门崭新学科，其可以有效地探索新材料，改变已有材料的成分设计和制造工艺来满足产品设计的需要，尽可能发掘新材料潜能，优化制造工艺，进而达到降低成本、缩短研发周期和减小风险的目的。焊接作为一门传统而复杂的制造工艺，在加热和冷却过程中涉及到物理化学变化以及内部相变，得到不同的室温组织进而呈现出不同的机械性能，通过ICME与焊接工艺相结合，以试验、计算和基础数据为三大要素，研究焊接过程中组织变化和性能分析，优化焊接工艺参数，高效、低成本地探索出一套科学合理、满足服役性能的钛合金激光焊接工艺。
[0003]目前国内对钛合金激光焊的研究还不够深入，特别是对于大尺寸、复杂焊接结构，焊接工艺、施焊条件等因素对焊件焊后变形与残余应力的分布有很大影响。同时，在焊接过程中，焊接参数控制不当极易出现气孔、裂纹、咬边等缺陷，严重影响焊接质量，仅靠实验探索复合焊最佳工艺参数，工作量巨大且消耗人力物力。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于ICME的激光焊接全工艺方法，能够精确设计出焊接层数、坡口等工艺参数，减少了焊接过程热裂纹等缺陷的产生，提高了工艺开发效率，节约成本。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种基于ICME的激光焊接全工艺方法，包括以下步骤：a、根据坡口形状和焊接层数进行熔敷量计算，得到焊丝直径和送丝速度；b、根据构件服役条件、钛合金材料数据库、焊接接头性能和变相行为进行相图计算，得到焊丝成分；c、根据送丝速度和焊丝成分建立焊接结构有限元模型，选用的激光焊接热源模型，对TC4钛合金激光焊接进行热场和流场的模拟，计算传不同的焊接参数；d、根据焊接参数选出工艺参数组;e、根据工艺参数组进行试验验证，实现TC4钛合金薄板窄间隙激光焊接。
[0007]所述焊丝成分为ERTi-6Al-4V，焊丝直径1.2mm，其化学成分如图2所示。
[0008]步骤C中，所述焊接结构有限元模型中建立100
×
50
×
1.0mm的 TC4钛合金有限元模型，根据所述的热源模型，进行热源校核并进行计算，得出计算结果，步骤如下：S1、如图3所示，焊接材料的选用，根据化学成分选用TC4钛合金板材；S2、焊接设备的选用，焊接设备为KUKA机器人KR30HA，IPG YLS-6000型光纤激光器；S3、焊前准备，所述TC4钛合金厚度为1.0mm，选择单面焊接成形工艺，待焊件不开坡口，
间距0.8mm，焊前对坡口附近进行精细打磨，去除试样表面残留的铁锈杂质，使用丙酮擦拭、清洗试样，去除残余油污以确保试样表面清洁；S4、焊接路径规划：所述TC4钛合金厚度及坡口尺寸，设计单层单道填充，焊接轨迹为直线贯通焊；S5、TC4钛合金激光焊接工艺参数设计：离焦量为+2mm，电弧焊枪倾角50
°
，光丝间距0，激光功率800W，焊接速度1.2m/min，送丝速度1.5m/min，保护气体为99.9%Ar，20L/min。
[0009]步骤c中，所述焊接参数包括焊缝熔深、温度场、应力应变、熔池流场。
[0010]步骤d中，所述工艺参数包括激光焊接最佳坡口形式、焊接层数、每层的工艺参数。
[0011]本专利技术带来的有益效果有。
[0012]1、通过计算机模拟手段得到的材料信息，与产品的性能分析和工艺优化相结合，使激光焊中焊丝成分的调整、坡口设计、工艺参数探索和最终的产品加工制造优化成一个整体，极大地缩减产品研发时间和人力成本。通过TC4钛合金服役性能要求，设计焊丝成分，通过模拟窄间隙激光焊接，建立精确的焊接热源模型，计算焊接热场、流场，结合服役状态下的应力应变，精确设计出焊接层数、坡口等工艺参数，减少了焊接过程热裂纹等缺陷的产生，提高了工艺开发效率，节约成本。
[0013]2、通过有效地解决传统焊接工艺热影响区过大及焊缝成形不佳的缺陷；根据ICME的设计思路，通过TC4钛合金服役状态设计焊丝成分，建立精确的激光焊接热源模型，针对不同工艺下的流场、温度场、组织模拟，精确求解出最佳层数、坡口形式等工艺参数，极大地提高了工艺开发效率，节约时间与人力成本，缩短研发周期。
附图说明
[0014]图1为激光焊热源模型示意图。
[0015]图2为ERTi-6Al-4V焊丝化学成分表格图。
[0016]图3为TC4钛合金化学成分表格图。
具体实施方式
[0017]实施例1如图1所示，一种基于ICME的激光焊接全工艺方法，包括以下步骤：a、根据坡口形状和焊接层数进行熔敷量计算，得到焊丝直径和送丝速度；b、根据构件服役条件、钛合金材料数据库、焊接接头性能和变相行为进行相图计算，得到焊丝成分；c、根据送丝速度和焊丝成分建立焊接结构有限元模型，选用的激光焊接热源模型，对TC4钛合金激光焊接进行热场和流场的模拟，计算传不同的焊接参数；d、根据焊接参数选出工艺参数组;e、根据工艺参数组进行试验验证，实现TC4钛合金薄板窄间隙激光焊接。
[0018]步骤C中，所述焊接结构有限元模型中建立100
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50
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1.0mm的 TC4钛合金有限元模型，根据所述的热源模型，进行热源校核并进行计算，得出计算结果，步骤如下：S1、焊接材料的选用，根据化学成分选用TC4钛合金板材；S2、焊接设备的选用，焊接设备为KUKA机器人KR30HA，IPG YLS-6000型光纤激光器；
S3、焊前准备，所述TC4钛合金厚度为1.0mm，选择单面焊接成形工艺，待焊件不开坡口，间距0.8mm，焊前对坡口附近进行精细打磨，去除试样表面残留的铁锈杂质，使用丙酮擦拭、清洗试样，去除残余油污以确保试样表面清洁；S4、焊接路径规划：所述TC4钛合金厚度及坡口尺寸，设计单层单道填充，焊接轨迹为直线贯通焊；S5、TC4钛合金激光焊接工艺参数设计：离焦量为+2mm，电弧焊枪倾角50
°
，光丝间距0，激光功率800W，焊接速度1.2m/min，送丝速度1.5m/min，保护气体为99.9%Ar，20L/min。
[0019]步骤c中，所述焊接参数包括焊缝熔深、温度场、应力应变、熔池流场。
[0020]步骤d中，所述工艺参数包括激光焊接最佳坡口形式、焊接层数、每层的工艺参数。
[0021]通过计算机模拟手段得到的材料信息，与产品的性能分析和工艺优化相结合，使激光焊中焊丝成分的调整、坡口设计、工艺参数探索和最终的产品加工制造优化成一个整体，极大地缩减产品研发时间和人力成本。通过TC4钛合金服役性能要求，设计焊丝成分，通过模拟窄间隙激光焊接，建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ICME的激光焊接全工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：a、根据坡口形状和焊接层数进行熔敷量计算，得到焊丝直径和送丝速度；b、根据构件服役条件、钛合金材料数据库、焊接接头性能和变相行为进行相图计算，得到焊丝成分；c、根据送丝速度和焊丝成分建立焊接结构有限元模型，选用的激光焊接热源模型，对TC4钛合金激光焊接进行热场和流场的模拟，计算传不同的焊接参数；d、根据焊接参数选出工艺参数组;e、根据工艺参数组进行试验验证，实现TC4钛合金薄板窄间隙激光焊接。2.如权利要求1所述的一种基于ICME的激光焊接全工艺方法，其特征在于：步骤C中，所述焊接结构有限元模型中建立100
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50
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1.0mm的 TC4钛合金有限元模型，根据所述的热源模型，进行热源校核并进行计算，得出计算结果，步骤如下：S1、焊接材料的选用，根据化学成分选用TC4钛合金板材；S2、焊接设备的选用，焊接设备为KUKA机器人KR30HA，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振新，王东晔，虞文军，李洪林，王大为，王浩宇，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：