[发明专利]一种基于线能量密度调控的搭接接头激光扫描焊接方法

权利要求书

1.一种基于线能量密度调控的搭接接头激光扫描焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将两块相同材料金属板焊接表面用无水乙醇进行擦拭，以去除表面油污和灰尘，保证搭接时两板间无间隙；

步骤2：将两块相同材料金属板以搭接的形式放置在焊接操作台上，并用夹具进行夹紧，保证在焊接过程中搭接的两板相对位置固定；

步骤3：调整焊接焦点平面位置，使得激光焦点平面位于两板搭接的上板平面，并使得扫描振镜偏转5°以防激光沿原方向反射烧毁激光头；

步骤4：设置激光扫描焊接工艺参数；

步骤5：计算圆形扫描功率调节策略的参数，并设置下板的功率修正值，圆形扫描功率调节策略的参数确定方法如下：

相邻的功率调控位置的时间间隔为t

(1)式中，f为振镜的扫描频率，扫描频率为单位时间内激光束对扫描图形的循环次数，扫描频率单位Hz，N为分段功率调节的段数，不同功率调节段之间的功率会不同，但同一功率调节段的功率是相同的，即功率调控精细度受限于分段功率调节的段数N，段数越高，调控精细度越高，因此功率调节策略也需要针对分段功率调节的段数N进行调节；

θ_i为圆形扫描第i个功率调节点所对应的圆心角，上位机下发的主要控制信息为激光束位置信息和激光器功率信息，θ_i的取值为

(2)式中，同一个周期内，下发点i的取值范围与分段功率调节的段数N有关，i的取值范围为

0≤i≤N-1   (3)

由(3)式得到i的取值范围后，再由(2)式可得相邻调控段角度的增量Δθ；

振镜两相邻功率调节位置沿垂直于焊接方向的投影距离为x_i，在不同位置上的x_i为

(4)式中，A为扫描振幅，是扫描图形在垂直于焊接方向上的最大距离，对于圆形扫描图形，扫描振幅A为圆的直径；

激光束的线能量密度用于表示单位长度上激光能量的大小，单位J/mm，圆形扫描在垂直于焊接方向上线能量密度w_i为

(5)式中，p_i为激光器在第i个功率调节段上的功率值，t为相邻的功率调控位置的时间间隔，其值由(1)式确定；

将(4)式代入(5)式，得到圆形扫描在x方向上线能量密度w_i与角度θ_i、功率调控值p_i的关系如下

以初始第一个功率调节段的功率p₀为基准功率，依据x轴上不同位置线能量密度相同的原则，得到第一个功率调节段的功率p₀和其他功率调节段的功率调控值p_i关系的关系如下

(7)式中，第一个功率调控段作为起始段，因此θ₀＝0°，sinθ₀＝0，用基准功率p₀表示各功率调控段的功率调控值p_i，则

设未进行调控时，每个扫描周期的输入能量为E₀

E₀＝P·T      (9)

式(9)中，P为未进行调控时初始工艺的激光功率，T为扫描焊接的扫描周期，可由扫描频率f得到

由调控后和未进行调控的输入能量不变，得

将式(1)、式(8)和式(10)代入式(11)得到调控后的基准功率p₀的表达式

(12)式中，分段功率调节的段数N和未进行调控时初始工艺的激光功率P都已知或可设定，因此可得基准功率p₀，再由式(8)p₀和p_i关系得到各功率调控段的功率调控值p_i；

步骤6：按照设定好的圆形扫描功率调节策略和功率修正值进行加工，完成两块相同材料金属板的搭接焊。

2.根据权利要求1所述的一种基于线能量密度调控的搭接接头激光扫描焊接方法，其特征在于，所述步骤1中实验所用金属板尺寸规格相同，焊接前使用无水乙醇对表面油污进行清洗，以去除表面油污和灰尘，保证搭接时两板间无其他污物。