激光焊接的焊缝／热影响区形状及其晶粒尺寸预测方法技术

本发明专利技术涉及激光焊接技术领域，具体是一种激光焊接的焊缝／热影响区形状及其晶粒尺寸预测方法及装置。该装置由数据库、前处理模块、焊缝及热影响区形状预测模块、焊缝及热影响区晶粒尺寸预测模块、后处理模块组成；前处理模块从数据库中读取激光焊接过程所需的工艺参数，为后续流程提供初始条件；焊缝及热影响区形状预测模块、焊缝及热影响区晶粒尺寸预测模块完成对激光焊接过程各种工艺状态的模拟，预测常用激光拼焊钢板产品最终的焊缝形状以及焊接热影响区形状；预测出拼焊板最终的焊缝／热影响区形状及其晶粒尺寸；最后由后处理模块完成结果的显示输出。本发明专利技术保证了焊接工艺优化与拼焊板材质控制的精度，具有优异的普适性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光焊接
，具体地说是一种激光拼焊板的焊缝/热影响区形状预测以及相应区域的晶粒尺寸预测方法及装置。
技术介绍
近年来，随着国民经济的增长，汽车工业蓬勃发展，经济实用的汽车以其质量轻、 耗油少、安全性高而备受广大消费者的青睐。激光拼焊板的应用减低了车身质量，降低了 生产成本，被越来越多的汽车制造厂所采用。激光拼焊不仅在交通运输装备制造业中被使 用，还在建筑业、桥梁、家电板材焊接生产、轧钢线钢板焊接(连续轧制中的钢板连接)等领 域中被大量使用。长期以来，各种板材的激光焊接工艺优化及其组织控制主要通过实物试 验来探索确定，这必将耗费大量的人力、物力和时间，并且因在各个控制环节存在的人为因 素，将或多或少地影响到激光焊接工艺优化及其组织控制的精度。若能利用计算模拟技术 和预测技术，则可及时调整和优化工艺，继而实现对板材焊缝及其热影响区的形状和晶粒 尺寸控制。然而，在生产中对板材组织变化的观察和测试是不可能的。目前，借助计算机模 拟技术可以模拟激光焊接工艺过程，从而能够预测激光拼焊板焊缝/热影响区的形状以及 相应区域的晶粒尺寸，但该技术目前国内外还未见报道。 最新检索工作表明，IDS中心的Rostyslav Ilyushenko在2006年向美国专利局 申请了专利"Welding method"(专利号US20060013645)，该专利的内容主要为通过摩擦 搅拌焊接工艺以细化熔焊后拼焊板的晶粒尺寸；此外，西门子公司知识产权部的Srilkanth C. Kottilingam在同年亦向美国专利局申请了专利"Weldability of alloys with directionally-solidified grain structure"(专利号US20060157165)，该专利的内容主 要为通过对熔化焊后拼焊板进行激光喷丸、热处理等工艺，以获得局部晶粒位向一致的晶 粒结构。但关于焊缝形状及晶粒尺寸预测方法的专利成果未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是以常用激光拼焊钢板为研究对象，具体涉及冷轧深冲板系 列Stl2 Stl6 ;碳素冷轧板系列Q195 Q275 ;高强度低合金钢板系列B240/390DP、 B340/590DP等。提供一种能预测这些拼焊板焊缝/热影响区的形状及其晶粒尺寸的方法及 装置。 本专利技术所说的，包括以下 步骤 (1)从数据库中读取激光焊接过程所需的母材基本信息如成分等和工艺参数，为 后续流程提供初始条件的步骤； (2)根据待焊钢的熔点和Aa点温度，分别与焊件厚度各个层面水平方向上等距离 的测点(节点)的温度进行比较，同时利用插值法计算得出焊件厚度各个层面水平方向上 的临界温度节点，继而模拟焊接工艺得到焊缝及热影响区的预测形状的步骤； (3)结合待测焊件的成分、工艺参数对PLS公式进行精度的检验与控制，得到精度 最高的目标区域PLS晶粒尺寸预测公式，计算后得出目标区域的晶粒尺寸预测值的步骤； (4)输出计算数据结果的步骤。 本专利技术步骤(1)中所说的焊接工艺参数是本领域技术人员所熟知的，包括焊接 板的钢种及其成分、熔点(T。) 、 Aei点、待焊板材厚度等尺寸规格、激光功率、焊接速度、光斑 直径、线能量、离焦量、焦距、吸热系数等；当焊接工艺参数读取无误，则转入下一步骤；如 有错误，则可返回重新读取母材基本信息和工艺参数。 上述步骤(2)具体是将三维温度场动态模拟图进行数字化处理，以焊缝中心线 为起点，选取焊件厚度方向上各个层面水平方向上等距离的测点温度，继而得到目标区域 的节点温度分布图；将各节点温度与该钢的T。温度相比较，并利用插值算法计算得出焊缝 各层面与T。温度相同的临界节点；同理与Aa温度相比较并通过插值计算，可得热影响区各 层面与Ael温度相同的临界节点；分别连接焊缝、热影响区上的这些临界节点既可得待测的 焊缝形状、热影响区形状。 上述步骤(4)中输出的方式可以是采用表格、曲线、动画或智能报告方式对各预 测结果进行显示输出。 为实现上述方法，本专利技术还提供了一种装置，该装置由SQL数据库、前处理模块、 焊缝及热影响区形状预测模块、焊缝及热影响区晶粒尺寸预测模块、后处理模块，共五个模 块组成。SQL数据库包含了拼焊板母材的基本信息(诸如材料牌号、化学成分、母材厚度、焊 件尺寸、材料熔点等物理性能参数以及焊接工艺参数和其它系统所需数据。前处理模块的 功能是从SQL数据库中读取激光焊接过程所需的工艺参数，为后续流程提供初始条件；所 述焊缝及热影响区形状预测模块、焊缝及热影响区晶粒尺寸预测模块是完成对激光焊接过 程各种工艺状态的模拟，预测出拼焊板最终的焊缝/热影响区形状及其晶粒尺寸；所述后 处理模块的功能是完成焊接过程模拟及结果的显示输出。 前处理模块具体流程为首先从SQL数据库中读取焊接工艺参数，包括焊接的母 材牌号、成分、母材厚度、焊件尺寸、熔点(T。)、 Aei点，激光功率、焊接速度、光斑直径、线能 量、离焦量、焦距、吸热系数等焊接工艺参数。如读取无误，则转入焊缝及热影响区形状预测 模块；如有错误，则可返回重新读取工艺参数。 焊缝及热影响区形状预测模块的功能是根据待焊钢的T。和Aa点温度，分别与焊 件厚度各个层面水平方向上等距离的测点(节点)的温度进行比较，同时利用插值法计算 得出焊件厚度各个层面水平方向上的临界温度节点，继而模拟焊接工艺得到焊缝及热影响 区的预测形状。 焊缝及热影响区晶粒尺寸预测模块的功能是利用已有的钢成分、焊 接工艺参数与晶粒尺寸彼此映射关系的经验公式_偏最小二乘回归(Par t i a 1 Least-SquaresRegression，简称"PLS")公式，结合待测焊件的成分、工艺参数对已有的 PLS公式进行精度的检验与控制，以期得到精度最高的目标区域PLS晶粒尺寸预测公式，计 算后得出目标区域的晶粒尺寸预测值。 后处理模块的功能是显示输出计算据结果，采用表格、曲线等多种方式对各预测 模块的结果进行输出，还包括智能报告(包括普通文本报告和Excel报告)。 本专利技术优点是 1、能预测常用激光拼焊钢板产品最终的焊缝形状以及焊接热影响区形状。 2、能预测常用激光拼焊钢板产品最终的焊缝区晶粒尺寸以及焊接热影响区晶粒尺寸。对于以上四种待测目标，均可获得理想的预测结果，从而保证了焊接工艺优化与拼焊板材质控制的精度。 3、利用本专利技术方法，可使焊缝形状、焊接热影响区形状的预测精度分别达到92%、 93%以上；焊缝区晶粒尺寸、焊接热影响区晶粒尺寸的预测精度均分别达到98%、95%以 上。 4、本专利技术具有优异的普适性，可以推广应用于各种新型、超级强韧化材料的激光 焊接应用领域，其预测结果有助于技术人员改进现有生产的工艺，为提高各种新型、超级强 韧化材料拼焊板的最终性能提供可靠依据。 5、本专利技术提供的数据库具有大量的拼焊板母材基本信息及激光焊接生产工艺参 数，界面友好、输入、输出均与生产过程相吻合，易于操作。各种预测工作在标准配置的计算 机上运行，实现了计算与结果输出的分离，便于程序的调试、升级、维护和移植。附图说明 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说明。 图1为本专利技术整体框图； 图2为焊缝及其热影响区形状预测模块建立流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光焊接的焊缝／热影响区形状及其晶粒尺寸预测方法，其特征在于包括以下步骤：（１）从数据库中读取激光焊接过程所需的母材基本信息及工艺参数，为后续流程提供初始条件的步骤；（２）根据待焊钢的熔点和Ａ↓［Ｃ１］点温度，分别与焊件厚度各个层面水平方向上等距离的测点的温度进行比较，同时利用插值法计算得出焊件厚度各个层面水平方向上的临界温度节点，继而模拟焊接工艺得到焊缝及热影响区的预测形状的步骤；（３）结合待测焊件的基本信息如成分等和工艺参数对ＰＬＳ公式进行精度的检验与控制，得到精度最高的目标区域ＰＬＳ晶粒尺寸预测公式，计算后得出目标区域的晶粒尺寸预测值的步骤；（４）输出计算数据结果的步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新城，朱伟兴，冯晓天，陈炜，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]