【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于激光焊接，具體涉及一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接裝置及方法。
技術介紹
1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，高性能材料的應用越來越廣泛，特別是在航空航天、汽車制造、船舶工程、運動器材以及電子產品等領域。這些領域對材料的要求不僅僅是強度和耐久性，還包括輕量化、耐腐蝕性和耐高溫性等方面。
2、傳統(tǒng)的焊接技術往往難以滿足這些高性能材料的焊接需求，尤其是在處理異種材料時，如金屬與復合材料之間的焊接。
3、例如，鈦合金對近紅外波長(如1064nm)的激光具有較高的反射率，這意味著大部分激光能量會被反射掉，而只有少量能量被鈦合金吸收。雖然這有助于減少鈦合金的熱影響區(qū)，避免過度加熱和變形，但也增加了焊接難度。
4、另一方面，熱塑性樹脂對近紅外波長(如1064nm)的激光具有較高的吸收率，激光能量可以有效地被熱塑性樹脂層吸收，使其迅速升溫并熔化。然而，如果激光能量控制不當，容易導致樹脂過熱和燒焦。
5、此外，熱固性復合材料中的樹脂部分對近紅外波長的激光也有一定的吸收能力，但相對于熱塑性樹脂來說，吸收率較低。碳纖維對紫外波長(如355nm)的激光吸收較好，但對近紅外波長(如1064nm)的吸收較差。
技術實現(xiàn)思路
1、為解決上述
技術介紹
中提出的問題。本專利技術提供了一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接裝置及方法。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，包括以下步驟：
3、一種短脈沖
4、s1、對材料進行鋪設；鋪設方法為：將鈦合金板材和碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料板材放置在工裝上，使其搭接面完全對齊，接著將pa6熱塑性樹脂薄膜均勻鋪設在所述搭接面上，并利用樹脂鋪設設備平整樹脂層；鋪設完成的搭接區(qū)域為焊接區(qū)域；
5、s2、對焊接區(qū)域進行劃分，將整個焊接區(qū)域劃分為小區(qū)域；
6、s3、對小區(qū)域進行特征提取；
7、其中，特征提取方法為：利用三維掃描儀對每個小區(qū)域進行掃描，提取包括平整度、厚度和曲率的特征；
8、s4、根據(jù)提取出的不同特征構建速度映射表；
9、s5、根據(jù)速度映射表對激光掃描路徑進行規(guī)劃；
10、進一步：其中，小區(qū)域尺寸為邊長10mm至50mm的正方形或直徑10mm至50mm的圓形；
11、進一步：其中，平整度計算方法為：根據(jù)每個小區(qū)域的表面高度數(shù)據(jù)計算標準差，其計算公式為:
12、hi表示在對小區(qū)域進行三維掃描時，第i個測量點所測得的高度值。在焊接工藝中，hi高度值反映了該測量點處鈦合金板材、碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料板材以及鋪設在其表面的pa6熱塑性樹脂薄膜整體的相對高度情況，與鋪設的樹脂層平整度相關，用于精確描述焊接區(qū)域表面的微觀起伏程度；
13、表示平均高度，即該小區(qū)域內所有測量點高度值的算術平均值。是衡量整個小區(qū)域表面高度的一個基準值，通過與每個測量點高度值相比較，來計算高度的離散程度，進而確定平整度；
14、n為測量點的數(shù)量。測量點數(shù)量越多，對小區(qū)域表面平整度的評估就越精確。在特征提取時，其數(shù)量取決于所使用的三維掃描儀的采樣密度設置，高密度的采樣能更細致地捕捉焊接區(qū)域的表面特征，為準確計算平整度提供足夠的數(shù)據(jù)支持。
15、σ表示該小區(qū)域表面高度相對于平均高度的離散程度。標準差越大，說明表面高度的變化越大，即平整度越差；標準差越小，表面越平整。
16、厚度計算方法為計算每個小區(qū)域的平均厚度，其計算公式為
17、ti表示在測量小區(qū)域厚度時，第i個測量點所測得的厚度值。這里的厚度是指從鈦合金板材和碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料板材的搭接面到其表面的垂直距離，反映了焊接區(qū)域不同位置的實際厚度情況。
18、n表示測量點的數(shù)量，其意義與平整度計算公式中的類似，取決于測量設備的采樣設置，更多的測量點有助于獲取更準確的平均厚度值，從而全面了解焊接區(qū)域的厚度分布情況。
19、t表示為計算得到的平均厚度，它代表了該小區(qū)域內材料整體的平均厚度情況。
20、曲率計算方法為計算每個小區(qū)域的最大曲率，其計算公式為
21、z表示表面高度，即三維坐標系中描述焊接區(qū)域表面形狀的一個維度，與平整度計算中的高度測量相關聯(lián)，用于描述表面的彎曲程度，其值的變化反映了焊接區(qū)域表面在垂直方向上的起伏情況。
22、x表示水平坐標，是三維坐標系中的另一個維度，與z共同確定焊接區(qū)域表面上各點的位置。通過對z關于x的二階偏導數(shù)計算曲率，能夠精確描述表面在水平方向上的彎曲變化情況，從而全面掌握焊接區(qū)域的形狀特征，以便在焊接過程中根據(jù)曲率調整激光掃描路徑和焊接速度等參數(shù)，確保激光能量能夠均勻分布在曲率較大的區(qū)域，保證焊接質量的一致性。
23、κ表示計算得出的最大曲率，它表征了該小區(qū)域內表面彎曲程度的最大值。在焊接中，曲率變化會導致激光在表面的入射角和能量分布發(fā)生改變，影響樹脂的熔化和與其他材料的結合效果，準確計算曲率有利于優(yōu)化焊接工藝參數(shù)和保證焊接質量。
24、進一步：其中，速度映射表構建方法為：
25、針對平整度調整焊接速度，根據(jù)預先建立的焊接速度數(shù)據(jù)庫，選取與平整度相對應的焊接速度；當σ>σ1時，vf＝v1；當σ≤σ1時，vf＝v2；
26、σ1表示為平整度的閾值；v1表示為高平整度的焊接速度；v2表示為低平整度對應的焊接速度；vf表示平整度對應的焊接速度；
27、針對厚度調整焊接速度，根據(jù)厚度與焊接速度關系模型，選取與厚度相對應的焊接速度；當t>t1時，vt＝v3；當t≤t1時，vt＝v4；
28、t1表示為厚度的閾值；v3表示為薄厚度對應的焊接速度；v4表示為厚厚度對應的焊接速度；vt表示為厚度對應的焊接速度；
29、針對曲率調整焊接速度，根據(jù)曲率與焊接速度的變化曲線，選取與曲率相對應的焊接速度；當κ>κ1時，vκ＝v5；κ≤κ1時，vκ＝v6；
30、κ1表示為曲率的閾值；v5表示為大曲率的焊接速度；v6表示為小曲率的焊接速度；vκ表示為曲率對應的速度；
31、對于每個小區(qū)域，通過比較vf、vt、vκ的焊接速度的大小，選擇最小值作為最終的焊接速度；并利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)創(chuàng)建速度映射表，將每個小區(qū)域的編號、特征數(shù)據(jù)和最終焊接速度一一對應記錄，確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性。
32、進一步：其中，激光掃描路徑規(guī)劃方法為：
33、利用柵格法或dijkstra算法，生成每個小區(qū)域的初步掃描路徑，確保路徑覆蓋整個小區(qū)域并盡量減少路徑長度；
34、利用路徑優(yōu)化算法(如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等)，優(yōu)化生成的路徑，確保路徑最短且均勻分布，激光光束能夠均勻覆蓋曲率較大的區(qū)域；
35、利用連接算法(如旅行商問題tsp算法)將各個小區(qū)域的路徑連接成一個本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于：
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7.根據(jù)權利要求1所述的一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于：
8.一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接裝置，用于實現(xiàn)權利要求1至7任一項所述的方法，其特征在于：包括：
【技術特征摘要】
1.一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于：
4.根據(jù)權利要求1所述的一種短脈沖激光輔助的連續(xù)激光焊接方法，其特征在于：
5.根據(jù)權...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：曹栗，張福平，周琛，姜巍，曹凱強，黎國忠，
申請(專利權)人：江蘇先進光源技術研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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