[发明专利]激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法及系统

权利要求书

1.一种激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，获取向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度与焊接工艺参数的关系，激光搅拌焊接过程中光束运动轨迹和焊缝中心相邻两交点间的距离为弦长，其中，矢量方向与焊接方向相异的为向后弦长，与焊接方向相同的为向前弦长，轨迹点运动一个周期后变化的距离长度为前进步长；所述向后弦长Lb与所述工艺参数的关系式为：

其中，A_x为该搅拌轨迹下焊接方向的搅拌振幅，f_x为焊接方向的搅拌频率，v为焊接速度，f为搅拌频率，为焊接方向的初始相位；

所述向前弦长Lf与所述工艺参数的关系式为：

所述前进步长Step与所述工艺参数的关系式为：

获取平均能量密度与焊接工艺参数的关系的步骤为：

获取激光光束的光强分布，其中，所述光强分布I的表达式为：

其中，η为焊接母材对激光能量的吸收率，P为激光功率，r₀为激光光斑半径，x和y为激光束在X和Y方向的坐标值；

对所述光强分布进行积分获取所述光强的能量分布，所述光强的能量分布E(x,y)的表达式为：

其中，E(x,y)为板材在(x,y)处的能量密度，I(x,y,t)为t时刻点(x,y)处的光强强度；

对焊缝中心区域的能量分布取平均即为所述平均能量密度，所述平均能量密度的表达式为：

其中，y＝0；

S2，建立所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件；

S3，获取所述工艺参数的预设范围；

S4，将所述预设范围内的工艺参数值代入所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件，则同时满足所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件的工艺参数组合为优化后的工艺参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺参数包括激光功率、焊接速度、搅拌频率以及搅拌振幅。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束运动轨迹方程为：

其中，x和y为t时刻激光束在X和Y方向的坐标值，其中，X方向为所述焊接的前进方向，Y方向为焊接母材平面上与所述X方向垂直的方向，x₀和y₀分别为激光束在X方向和Y方向的初始位置，A_x和A_y分别为光束在X方向和Y方向的搅拌频率，f_x和f_y分别为光束在X方向和Y方向的搅拌频率，和分别为激光光束的初始相位。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向后弦长Lb的优化约束条件为：

其中，h为预设目标熔深；

所述向前弦长Lf的优化约束条件为：

其中，r₀为激光光斑半径；

所述前进步长Step的优化约束条件为：

Step＜5r₀

所述平均能量密度的优化约束条件为：

Em_min＜Em＜Em_max

其中，Em_max和Em_min为经验条件下的最大和最小平均能量密度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据焊接设备工作范围或研究目标获取所述工艺参数的预设范围。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述工艺参数值分别以预设步长，将所有组合逐一输入所述优化约束条件，当所述工艺参数值同时满足所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件时则保留，否则舍弃并进行下一组工艺参数的验证。

7.一种激光搅拌焊接中气孔抑制的工艺参数优化系统，其特征在于，所述系统包括：

第一获取模块，用于获取向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度与焊接工艺参数的关系，激光搅拌焊接过程中激光运动轨迹和焊缝中心相邻两交点间的距离为弦长，其中，矢量方向与焊接方向相异的为向后弦长，与焊接方向相同的为向前弦长，轨迹点运动一个周期后变化的距离长度为前进步长，所述向后弦长Lb与所述工艺参数的关系式为：

其中，A_x为该搅拌轨迹下焊接方向的搅拌振幅，f_x为焊接方向的搅拌频率，v为焊接速度，f为搅拌频率，为焊接方向的初始相位；

所述向前弦长Lf与所述工艺参数的关系式为：

所述前进步长Step与所述工艺参数的关系式为：

获取平均能量密度与焊接工艺参数的关系的步骤为：

获取激光光束的光强分布，其中，所述光强分布I的表达式为：

其中，η为焊接母材对激光能量的吸收率，P为激光功率，r₀为激光光斑半径，x和y为激光束在X和Y方向的坐标值；

对所述光强分布进行积分获取所述光强的能量分布，所述光强的能量分布E(x,y)的表达式为：

其中，E(x,y)为板材在(x,y)处的能量密度，I(x,y,t)为t时刻点(x,y)处的光强强度；

对焊缝中心区域的能量分布取平均即为所述平均能量密度，所述平均能量密度的表达式为：

其中，y＝0；

建立模块，用于建立所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件；

第二获取模块，用于获取所述工艺参数的预设范围；

代入选择模块，用于将所述预设范围内的工艺参数值代入所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件，则同时满足所述向后弦长、向前弦长、前进步长以及平均能量密度的优化约束条件的工艺参数组合为优化后的工艺参数。