一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法技术

本发明专利技术提供了一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，包括：获取待工作材料不同位置的厚度，基于所述待工作材料的焊接热输入随不同厚度变化的特性，根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域；基于所述不同温度区域，调节脉冲激光波形大小和所述脉冲激光在所述不同温度区域的落点分布，以控制脉冲激光能量的分布区域。本发明专利技术解决了现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。题和适用工况范围小的问题。题和适用工况范围小的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，特别是涉及一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法。

技术介绍

[0002]航空航天、国防军工等关键
对致密金属零件的性能、精度与周期的要求日趋苛刻，以激光束为热源的精密焊接/增材制造/修复再制造技术异军突起。现代高端制造业正在加快由大批量低成本粗放制造转向小批量定制、高标准控形控性的精密柔性制造。常规激光对熔池表面的冲击和加热，对熔池的能量与动量传递效果会对最终焊缝形貌以及焊接质量产生直接影响，不可避免地受到非预期的影响，极易产生气孔，变形和晶粒粗化以及焊接飞溅。
[0003]传统激光直线焊接，极易产生等离子体屏蔽、低温合金元素烧损，出现小孔不稳定、接头强度降低等问题，严重影响焊接质量和焊件的使用性能。归根结底，是整体熔池温度场的热力分布问题。摆动(振荡扫描)光束激光焊接、双光束焊接等方法可以通过改变扫描轨迹形式使光束振荡运动，能够降低待焊试件的拼装精度，而且能够加大熔池宽度，降低温度梯度，增加熔池的稳定时间。
[0004]虽然对常规简单激光焊接/增材制造/修复/再制造有很好的效果。但对于复杂的变厚度结构金属/非金属焊接、异种材料连接；增材制造控形、层间热积累控制；不等间隙的裂纹修复，复杂无规则形貌零件修复/再制造等过程的优化作用不明显。综上，现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。

技术实现思路

>[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法。本专利技术解决了现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，包括：
[0008]获取待工作材料不同位置的厚度，基于所述待工作材料的焊接热输入随不同厚度变化的特性，根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域；
[0009]基于所述不同温度区域，调节脉冲激光波形大小和所述脉冲激光在所述不同温度区域的落点分布，以控制脉冲激光能量的分布区域。
[0010]优选地，所述脉冲激光频率范围为10
‑
10000Hz，所述脉冲激光功率范围在1
‑
20000W。
[0011]优选地，所述待工作材料包括：
[0012]变厚度结构金属/非金属焊接、异种材料连接；增材制造控形、层间热积累控制；不等间隙的裂纹修复，复杂无规则形貌零件修复/再制造工艺。
[0013]优选地，所述脉冲激光扫描路径方式包括：
[0014]横向、锯齿形、圆形、椭圆形、三角形和矩形扫描路径。
[0015]优选地，所述获取待工作材料不同位置的厚度包括：
[0016]利用激光扫描仪获得所述待工作材料轮廓；
[0017]根据所述待工作材料轮廓计算得出焊接位置的轮廓线或三维模型；
[0018]通过所述焊接位置的轮廓线或三维模型获取待工作材料不同位置的厚度。
[0019]优选地，调节单个脉冲激光波形大小包括：
[0020]基于SPR对所述脉冲激光波形大小进行调节。
[0021]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0022]本专利技术提供了一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，本专利技术通过对脉冲激光进行调节，根据待测工作材料的热输入厚度特性对脉冲激光进行实时编程控制，有效提升焊接质量与焊件性能，并且适用多种工况。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例提供的脉冲激光能量与分布可编程控制的精密焊接系统示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的熔池温度精密调控示意图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术的目的是提供一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，本专利技术解决了现有技术中存在对于复杂金属焊接无法实现对于熔池温度的精密调控导致焊接质量与焊件的使用性能低下的问题和适用工况范围小的问题。
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]如图1所示，本专利技术提供了一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，包括：
[0031]步骤100：获取待工作材料不同位置的厚度，基于所述待工作材料的焊接热输入随不同厚度变化的特性，根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域；
[0032]步骤200：基于所述不同温度区域，调节脉冲激光波形大小和所述脉冲激光在所述不同温度区域的落点分布，以控制脉冲激光能量的分布区域。
[0033]具体的在根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域之前调节激光器和待测工作材料的空间位置，使激光光斑按照工艺要求聚焦或者散焦照射所需焊接起点(未打开激光器)。
[0034]具体的，所述脉冲激光频率范围为10
‑
10000Hz，所述脉冲激光功率范围在1
‑
20000W。调节脉冲激光波形大小包括调节脉冲激光的功率和占空比。
[0035]将脉冲激光能量与分布的控制思路/程序输入激光器内部控制器或外设激光控制器，实现对脉冲激光能量与分布的精密“可编程调控”，能够精确调控对熔池的热输入和力输入，实现成形过程熔池温度场与力场选区精密调控以及凝固形貌的精确可控，使能量输入适应厚度的实时变化。
[0036]所述脉冲激光也可以是连续激光，通过控制不同扫描段的平均激光功率可以实现熔池温度场精密可编程控制。
[0037]进一步的，所述待工作材料包括：
[0038]变厚度结构金属/非金属焊接、异种材料连接；增材制造控形、层间热积累控制；不等间隙的裂纹修复，复杂无规则形貌零件修复/再制造工艺。
[0039]具体的，所述脉冲激光扫描路径方式包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，其特征在于，包括：获取待工作材料不同位置的厚度，基于所述待工作材料的焊接热输入随不同厚度变化的特性，根据脉冲激光扫描路径将处于所述待工作材料上的激光工作区域分成不同温度区域；基于所述不同温度区域，调节脉冲激光波形大小和所述脉冲激光在所述不同温度区域的落点分布，以控制脉冲激光能量的分布区域。2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，其特征在于，所述脉冲激光频率范围为10
‑
10000Hz，所述脉冲激光功率范围在1
‑
20000W。3.根据权利要求1所述的一种脉冲激光能量与分布可编程控制的熔池温度调控方法，其特征在于，所述待工作材料包括：变厚度结构金属/非金属焊接、异种材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾亚洲，申茜，董子杨，刘树敏，黄尊月，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：