CN104289808A - 电子束焊接参数确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子束焊接参数确定方法和装置，其中，该方法包括：在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；选取满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需电子束焊接参数。本发明解决了现有技术中没有一套简单有效的确定焊接参数的方法，而导致的焊接效果差的技术问题，达到了准确有效确定焊接参数的目的，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率。

Description

电子束焊接参数确定方法和装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种电子束焊接参数确定方法和装置。

背景技术

在航空、航天、船舶、海洋等领域，为了满足低成本、轻量化、整体化的制造需求，电子束焊接制造是大厚度材料结构的关键制造技术之一。在电子束焊接过程中，聚焦电流是其关键的焊接参数之一。当聚焦电流选取不当时，对于大厚度结构电子束焊接，易造成未焊透、焊缝熔切、表面成形不良等焊接缺陷。

通常，采用电子束焊接工艺试验方法，获取合适的聚焦电流等焊接参数的常规工艺试验方法主要有以下几种：

1)建立聚焦电流和临界穿透束流的关系曲线，利用最小临界穿透束流确定最佳的聚焦电流，该方法的优点就是这是一种试验研究结合理论的分析方法，适用于薄板和中等厚度材料结构，但是并不适合大厚度结构。

2)采用斜板工艺试验方法，建立聚焦电流和工作距离的工艺曲线关系，确定不同工作距离下聚焦电流的大小，该方法的优点就是通过反复的工艺试验可获得不同工作距离下的聚焦电流，该方法也主要适用于薄板和中等厚度试板。

上述这些传统的焊接参数确定法方法还存在试验次数多、需要的工艺试板多、工作量大、时间长、成本高的问题，试验次数可达30～50次，需要的工艺试板可达20到30块。而且，在焊接的过程中，参数的选取和决策依赖一定的工艺经验，具有一定的主观性。受材料特点、结构形式及设备条件的影响，焊接工艺裕度较小，也很难选取合适的，极易造成偏差，具有一定的不确定性。

目前，对于大厚度结构电子束焊接还没有一套简单有效的确定焊接参数的方法，从而导致焊板的焊接效果较差。

发明内容

本发明实施例提供了一种电子束焊接参数确定方法，以达到准确有效确定焊接参数的目的，该方法包括：

选取对测试焊板进行电子束焊接的束流值和焊接速度；

确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值；

按照选取的束流值和焊接速度对所述测试焊板进行焊接形成焊缝，其中，在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；

通过三角形相似原理，计算得到焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和最窄部分末端对应的聚焦电流；

根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

改变束流值和/或焊接速度，重复上述步骤，得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；

确定在不同束流值和/或不同焊接速度下得到的焊缝的接头金相试样的1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值；

选取1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需的束流值、焊接速度和聚焦电流。

在一个实施例中，确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值，包括：

将所述测试焊板分为束流上升段、焊接段和束流下降段；

在所述束流上升段或者所述束流下降段调节聚焦电流进行焊接；

根据形成的电子束束斑大小、以及焊点的状态确定对所述测试焊板的焊接段进行焊接形成焊缝的聚焦电流的最大值和最小值。

在一个实施例中，根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，包括：

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值小于等于第一预定阈值的情况下，选择起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值的情况下，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流。

在一个实施例中，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，包括：

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值且小于等于第二预定阈值的情况下，选择起始端或末端中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第二预定阈值的情况下，在所述焊缝最窄部分上选取三点，确定出这三点中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点距离起始端的距离，根据确定的距离按照以下公式计算得到当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6}$

其中，I_fo表示当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，I_fo1表示起始端对应的聚焦电流，I_fo2表示末端对应的聚焦电流，L₇表示从三个点中选中的点距离起始端的距离，L₆表示所述焊缝最窄部分的长度。

在一个实施例中，所述预定要求包括：1/2熔深处的熔宽位于5mm到10mm之间，熔深与确定的熔宽的比值大于等于8。

本发明实施例还提供了一种电子束焊接参数确定装置，以达到准确有效确定焊接参数的目的，该装置包括：

选取模块，用于选取对测试焊板进行电子束焊接的束流值和焊接速度；

第一确定模块，用于确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值；

焊接模块，用于按照选取的束流值和焊接速度对所述测试焊板进行焊接形成焊缝，其中，在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；

计算模块，用于通过三角形相似原理，计算得到焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和最窄部分末端对应的聚焦电流；

第二确定模块，用于根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

重复模块，用于改变束流值和/或焊接速度，重复上述步骤，得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；

第三确定模块，用于确定在不同束流值和/或不同焊接速度下得到的焊缝的接头金相试样的1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值；

第四确定模块，用于选取1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需的束流值、焊接速度和聚焦电流。

在一个实施例中，所述第一确定模块包括：

划分单元，用于将所述测试焊板分为束流上升段、焊接段和束流下降段；

焊接单元，用于在所述束流上升段或者所述束流下降段调节聚焦电流进行焊接；

第一确定单元，用于根据形成的电子束束斑大小、以及焊点的状态确定对所述测试焊板的焊接段进行焊接形成焊缝的聚焦电流的最大值和最小值。

在一个实施例中，所述第二确定模块包括：

第二确定单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值小于等于第一预定阈值的情况下，选择起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

第二确定单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值的情况下，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流。

在一个实施例中，所述第二确定单元包括：

第一确定子单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值且小于等于第二预定阈值的情况下，选择起始端或末端中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

第二确定子单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第二预定阈值的情况下，在所述焊缝最窄部分上选取三点，确定出这三点中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点距离起始端的距离，根据确定的距离按照以下公式计算得到当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6}$

其中，I_fo表示当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，I_fo1表示起始端对应的聚焦电流，I_fo2表示末端对应的聚焦电流，L₇表示从三个点中选中的点距离起始端的距离，L₆表示所述焊缝最窄部分的长度。

在一个实施例中，所述预定要求包括：1/2熔深处的熔宽位于5mm到10mm之间，熔深与确定的熔宽的比值大于等于8。

在本发明实施例中，提供了一种电子束焊接参数确定方法，在测试焊板的焊接段采用聚焦电流连续变化进行焊接工艺试验，获得不同聚焦电流对焊缝的影响，进一步，还获取不同焊接速度和不同束流值对焊缝的影响，以确定出最终采用的电子束焊接参数，即确定出电子束焊接所采用的焊接速度、束流值和聚焦电流，从而解决了现有技术中没有一套简单有效的确定焊接参数的方法，而导致的焊接效果差的技术问题，达到了准确有效确定焊接参数的目的，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的电子束焊接参数确定方法流程图；

图2是本发明实施例的测试焊板分段示意图；

图3是本发明实施例的聚焦电流连续变化示意图；

图4是本发明实施例的最窄部分起始端和末端聚焦电流确定示意图；

图5是本发明实施例的聚焦电流裕度和上下熔宽的示意图；

图6是本发明实施例的v1＝8mm/s时得到的焊缝截面示意图；

图7是本发明实施例的v2＝5mm/s时得到的焊缝截面示意图；

图8是本发明实施例的v3＝10mm/s时得到的焊缝截面示意图；

图9是本发明实施例的电子束焊接参数确定装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本例中，提供了一种电子束焊接参数确定方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：选取对测试焊板进行电子束焊接的束流值和焊接速度；

步骤102：确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值；

步骤103：按照选取的束流值和焊接速度对所述测试焊板进行焊接形成焊缝，其中，在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；

步骤104：通过三角形相似原理，计算得到焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和最窄部分末端对应的聚焦电流；

步骤105：根据起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

步骤106：改变束流值和/或焊接速度，重复上述步骤，得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；

步骤107：确定在不同束流值和/或不同焊接速度下得到的焊缝的接头金相试样的1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值；

步骤108：选取1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需的束流值、焊接速度和聚焦电流。

在上述实施例中，提供了一种电子束焊接参数确定方法，在测试焊板的焊接段采用聚焦电流连续变化进行焊接工艺试验，获得不同聚焦电流对焊缝的影响，进一步，还获取不同焊接速度和不同束流值对焊缝的影响，以确定出最终采用的电子束焊接参数，即确定出电子束焊接所采用的焊接速度、束流值和聚焦电流，从而解决了现有技术中没有一套简单有效的确定焊接参数的方法，而导致的焊接效果差的技术问题，达到了准确有效确定焊接参数的目的，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率。

具体的，考虑到焊板在焊接的过程中前后的焊接效果都是不太好的，因此一般前后都会被去掉，因此，在本例中可以选取与待焊的焊板同材质同厚度的测试焊板，然后将测试焊板分为束流上升段、焊接段和束流下降段，进一步的，在选定工作距离的条件下，在试板(即测试焊板)的束流上升区域或者束流下降区域，定点调节聚焦电流，改变电子束束斑的大小，至斑点小、亮度高、圆度好的状态，获得此时表面聚焦电流的最大值和最小值，将确定的值作为对测试焊板进行焊接时聚焦电流的最大值和最小值。

具体的，在上述步骤105根据起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流中，根据确定的起始端和末端差值的不同，在本例中提供了不同的确定焊接聚焦电流的方法，主要分以下几种情况：

1)起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值小于等于第一预定阈值，也可以认为是起始端对应的聚焦电流约等于末端对应的聚焦电流的情况：

在该情况下，可以直接选择起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

2)起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值的，也可以认为是起始端对应的聚焦电流与末端对应的聚焦电流差别较大的情况：

针对这种情况如果再直接从起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流显然得到的值不一定好，这时候就需要具体分析一下焊缝的情况，为此，仍分成两种情况：

情况一：起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值且小于等于第二预定阈值，例如，第二预定阈值可以是5mA，这种情况下，就可以选择起始端或末端中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，即从两点中选择焊缝情况较好的点对应的聚焦电流作为焊接聚焦电流；

情况二：起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第二预定阈值，也就是两点差别很大的时候，这个时候，可以在焊缝最窄部分上任意选取三点，确定出这三点中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点距离起始端的距离，根据确定的距离按照以下公式计算得到当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6}$

其中，I_fo表示当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，I_fo1表示起始端对应的聚焦电流，I_fo2表示末端对应的聚焦电流，L₇表示从三个点中选中的点距离起始端的距离，L₆表示所述焊缝最窄部分的长度。即，从焊缝最窄部分选择出较为好的点对应的聚焦电流作为最终确定的焊接聚焦电流。

具体实施时，上述步骤106中提到的预定要求可以是：熔宽位于5mm到10mm之间，熔深与熔宽的比值大于等于8，即在得到的多组束流值、焊接速度和焊接聚焦电流数据中选择焊缝成形效果较好的点对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为最终确认的焊接参数。

下面结合一个具体的实施例对上述电子束焊接参数确定方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。

针对现有技术中传统的焊接参数(例如：聚焦电流)确认方法存在着工艺试板需求量大，易造成浪费、试验次数多，工作量大，工艺调整时间长，不利于技术的快速转化，主观性和不确定性高，易造成参数的偏差，效率低、成本高，不利于多样化、小批量生产的问题，在本例中提供了一种快速、有效的聚焦电流参数确认方法，该方法主要是预先设计束流上升段、焊接段及束流下降段的长度，在焊接段采用聚焦电流连续变化进行焊接工艺试验，辅助焊缝表面熔宽、熔深的比较，获得不同聚焦电流状态对焊缝成形的影响，来确定大厚度材料结构的电子束焊接聚焦电流。

该方法有利于全面地了解连续聚焦电流变化下焊缝的成形信息，可准确获得聚焦电流的工艺裕度，为焊接速度、束流等其它参数的调控也提供了有效的试验方法和试验依据，减少了工艺试板的数量和试验的次数，减少了接头解剖及金相观察试验的次数，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率，降低了成本，便于多样化、小批量的电子束焊接生产。

具体的，该方法包括以下步骤：

步骤1：选取与焊接结构同材质同等厚度的试板1，设计电子束焊接束流上升段、焊接段、束流下降段，如图2所示，长度分别为L1、L2、L3。

步骤2：在选定的工作距离条件下，在试板束流上升段或下降段区域，定点调节聚焦电流，改变电子束束斑大小至斑点小、亮度高、圆度好的状态，获得表面聚焦电流，其中，工作距离表示真空室顶部到工件的距离，该距离可选取300mm到500mm；

步骤3：根据工艺经验和设备参数，根据材料种类和厚度，选取束流值I_b。

步骤4：在L2长度范围内，设定聚焦电流连续变化范围I_ft～I_fb，如图3所示，选择I_ft＝I_fs+(10～50)mA，I_fb＝I_fs-(10～80)mA。

步骤5：根据上述步骤1和步骤4编辑焊接程序，使聚焦电流按照线性递减，设定束流值I_b，在4mm/s～13.3mm/s之间选取焊接速度v1，设定扫描参数，轨迹圆形或椭圆形，幅值尺寸0.1mm～3mm，频率100Hz～1000Hz，进行电子束焊接工艺试验。

步骤6：取出试板，观察焊缝4成形，如图4所示沿焊接方向6，从L2焊缝起始段开始，上表面焊缝4熔宽逐渐变窄，在中部最窄，再过渡焊缝4熔宽又逐渐变宽，直至束流下降形成弧坑；对应上表面焊缝4熔宽最窄的区域，下表面焊缝5已熔透并成形，且这一区域上、下表面焊缝长度基本一致，其他位置均未焊透。

步骤7：通过卡尺测量焊缝4中部最窄的部分起始端到L2起始端的距离L4，最窄的部分末端到L2起始端的距离L5，以及最窄的部分总长度L6。

步骤8：设定焊缝4中部最窄的部分起始端位置的聚焦电流为I_fo1,末端位置的聚焦电流为I_fo2，需要确认的聚焦电流I_fo，根据三角形相似原理，如图4所示，计算得出 $I_{\mathrm{fo}1}=I_{\mathrm{ft}}-(I_{\mathrm{ft}}-I_{\mathrm{fb}})*\frac{L_4}{L_2},I_{\mathrm{fo}2}=I_{\mathrm{ft}}-(I_{\mathrm{ft}}-I_{\mathrm{fb}})*\frac{L_5}{L_2}.$

步骤9：大厚度结构电子束焊接的聚焦电流范围I_fo1～I_fo2，即聚焦电流裕度；当I_fo1≈I_fo2时，I_fo＝I_fo1≈I_fo2；当I_fo1-I_fo2≤5mA，分别观察测量L6段对应聚焦电流为I_fo1、I_fo2两点焊缝的上熔宽Bt、下熔宽Bb，如图5所示，I_fo选取满足Bb≥0.5mm、H/Bt≥10、焊缝成形均匀条件的点对应的I_fo1或I_fo2；当I_fo1-I_fo2>5mA，观察测量L6段任选三点焊缝的上熔宽Bt、下熔宽Bb，选取满足Bb≥0.5mm、H/Bt≥10、焊缝成形均匀的点，设定该点位距离L6起点的距离为L7，从而得出：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6};$

步骤10：针对上述参数进行两次焊接工艺验证试验；

步骤11：在4mm/s～13.3mm/s之间选取其他2～4种焊接速度，在工艺试板上，重复上述步骤1至步骤9，确定每种焊接速度条件下的聚焦电流。

步骤12：线切割制备多组焊接速度条件下I_fo参数位置的接头金相试样，如图6所示，测量焊缝1/2H(熔深)位置的熔宽B；

步骤13：对比各组接头金相试样，根据焊接结构形式、尺寸精度要求及成形需求，在满足熔宽B＝5～10mm，熔深H/熔宽B≥8条件下，确定束流值、焊接速度和聚焦电流。

通过本例的上述方法可全面获取连续聚焦电流参数变化下焊缝成形信息，为设计人员选取接头形式和工艺人员优化工艺，提供了依据和数据储备，进一步的，该方法可以客观、准确地获得聚焦电流的工艺裕度和理想的参数值，为焊接速度的调控提供了依据，束流参数也可参照本方法进行确定，降低了参数的不确定性，提高了工艺的稳定性和可靠性，且所需的工艺试板的数量、工艺试验的次数、接头解剖的次数、金相试验的次数都很少，因此，缩短了工艺试验时间，降低了成本，加快了研制进度，便于多样化、小批量的焊接生产。

下面以TC4钛合金电子束平板对接为例进行具体说明，实现过程包括：

步骤1：对50mm厚度，尺寸为200×200mm的工艺试板进行焊接位置表面的机械打磨清理；

步骤2：沿该工艺试板的长度方向，划分L1＝20mm、L2＝160mm、L3＝20mm。

步骤3：将焊接试板放入真空室中，抽真空至5x10^-2Pa以下，对中焊缝；

步骤4：将加速电压加至150kV，在选定的工作距离为300mm的条件下，确认聚焦电流为2210mA；

步骤5：根据焊接厚度和初步工艺试验，选取束流值I_b＝85mA。

步骤6：在L2长度范围内，设定聚焦电流连续变化范围I_ft～I_fb，如图3所示，选择I_ft＝2210+30＝2240mA、I_fb＝2210-70＝2140mA。

步骤7：根据上述步骤1～步骤6编辑焊接程序，使聚焦电流按照线性递减，设定束流值I_b＝85mA，选取焊接速度v1＝8mm/s，设定扫描参数：轨迹圆形或椭圆形，幅值尺寸0.6mm，频率600Hz，进行电子束焊接工艺试验；

步骤8：取出试板，观察焊缝4成形，如图4所示；

步骤9：通过卡尺测量焊缝4中部最窄部分是1点，即，L4＝L5＝80mm，L6＝0；

步骤10：设定焊缝4中部最窄的部分的聚焦电流为I_fo1，如图4所示，计算得出

$I_{\mathrm{fo}1}=I_{\mathrm{ft}}-(I_{\mathrm{ft}}-I_{\mathrm{fb}})*\frac{L_4}{L_2}=2190\mathrm{mA};$

步骤11：电子束焊接的聚焦电流I_fo＝I_fo1＝I_fo2＝2190mA；

步骤12：工艺验证焊缝成形良好，聚焦电流满足I_fo＝I_fo1＝I_fo2＝2190mA；

步骤13：在4mm/s～13.3mm/s之间选取其他2种焊接速度v2＝5mm/s、v3＝10mm/s。在工艺试板上，重复上述步骤1至10，确定v2＝5mm/s、I_b＝65mA条件下的聚焦电流2195mA,v2＝10mm/s、I_b＝110mA条件下的聚焦电流为2188mA。

步骤14：线切割制备v1＝8mm/s、v2＝5mm/s、v3＝10mm/s条件下I_fo聚焦电流位置的接头金相试样，如图6至8所示分别对应v1＝8mm/s、v2＝5mm/s、v3＝10mm/s条件下熔宽B分别为5.4mm、5.8mm、5mm，对应的深宽比H/B为9.26、8.34、10的接头金相试样。

步骤15：根据焊接结构形式、尺寸精度要求及焊缝成形需求，在满足熔宽B＝5～10mm，H/B≥8条件下，确定50mm厚度TC4钛合金焊接速度为v＝v1＝8mm/s，聚焦电流I_fo＝2190mA。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种电子束焊接参数确定装置，如下面的实施例所述。由于电子束焊接参数确定装置解决问题的原理与电子束焊接参数确定方法相似，因此电子束焊接参数确定装置的实施可以参见电子束焊接参数确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图9是本发明实施例的电子束焊接参数确定装置的一种结构框图，如图9所示，包括：选取模块901、第一确定模块902、焊接模块903、计算模块904、第二确定模块905、重复模块906、第三确定模块907和第四确定模块908，下面对该结构进行说明。

选取模块901，用于选取对测试焊板进行电子束焊接的束流值和焊接速度；

第一确定模块902，用于确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值；

焊接模块903，用于按照选取的束流值和焊接速度对所述测试焊板进行焊接形成焊缝，其中，在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；

计算模块904，用于通过三角形相似原理，计算得到焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和最窄部分末端对应的聚焦电流；

第二确定模块905，用于根据起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

重复模块906，用于改变束流值和/或焊接速度，重复上述步骤，得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；

第三确定模块907，用于确定在不同束流值和/或不同焊接速度下得到的焊缝的接头金相试样的1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值；

第四确定模块908，用于选取1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需的束流值、焊接速度和聚焦电流。

在一个实施例中，第一确定模块902包括：划分单元，用于将所述测试焊板分为束流上升段、焊接段和束流下降段；焊接单元，用于在所述束流上升段或者所述束流下降段调节聚焦电流进行焊接；第一确定单元，用于根据形成的电子束束斑大小、以及焊点的状态确定对所述测试焊板的焊接段进行焊接形成焊缝的聚焦电流的最大值和最小值。

在一个实施例中，第二确定模块905包括：第二确定单元，用于在起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值小于等于第一预定阈值的情况下，选择起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；第二确定单元，用于在起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值的情况下，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流。

在一个实施例中，所述第二确定单元包括：第一确定子单元，用于在起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值且小于等于第二预定阈值的情况下，选择起始端或末端中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；第二确定子单元，用于在起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第二预定阈值的情况下，在所述焊缝最窄部分上选取三点，确定出这三点中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点距离起始端的距离，根据确定的距离按照以下公式计算得到当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6}$

其中，I_fo表示当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，I_fo1表示起始端对应的聚焦电流，I_fo2表示末端对应的聚焦电流，L₇表示从三个点中选中的点距离起始端的距离，L₆表示所述焊缝最窄部分的长度。

在一个实施例中，所述预定要求包括：1/2熔深处的熔宽位于5mm到10mm之间，熔深与确定的熔宽的比值大于等于8。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：提供了一种电子束焊接参数确定方法，在测试焊板的焊接段采用聚焦电流连续变化进行焊接工艺试验，获得不同聚焦电流对焊缝的影响，进一步，还获取不同焊接速度和不同束流值对焊缝的影响，以确定出最终采用的电子束焊接参数，即确定出电子束焊接所采用的焊接速度、束流值和聚焦电流，从而解决了现有技术中没有一套简单有效的确定焊接参数的方法，而导致的焊接效果差的技术问题，达到了准确有效确定焊接参数的目的，缩短了工艺试验时间，提高了生产效率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子束焊接参数确定方法，其特征在于，包括：

选取对测试焊板进行电子束焊接的束流值和焊接速度；

确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值；

按照选取的束流值和焊接速度对所述测试焊板进行焊接形成焊缝，其中，在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；

通过三角形相似原理，计算得到焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和最窄部分末端对应的聚焦电流；

根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

改变束流值和/或焊接速度，重复上述步骤，得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；

确定在不同束流值和/或不同焊接速度下得到的焊缝的接头金相试样的1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值；

选取1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需的束流值、焊接速度和聚焦电流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值，包括：

将所述测试焊板分为束流上升段、焊接段和束流下降段；

在所述束流上升段或者所述束流下降段调节聚焦电流进行焊接；

根据形成的电子束束斑大小、以及焊点的状态确定对所述测试焊板的焊接段进行焊接形成焊缝的聚焦电流的最大值和最小值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，包括：

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值小于等于第一预定阈值的情况下，选择起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值的情况下，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，包括：

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值且小于等于第二预定阈值的情况下，选择起始端或末端中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第二预定阈值的情况下，在所述焊缝最窄部分上选取三点，确定出这三点中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点距离起始端的距离，根据确定的距离按照以下公式计算得到当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6}$

其中，I_fo表示当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，I_fo1表示起始端对应的聚焦电流，I_fo2表示末端对应的聚焦电流，L₇表示从三个点中选中的点距离起始端的距离，L₆表示所述焊缝最窄部分的长度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定要求包括：1/2熔深处的熔宽位于5mm到10mm之间，熔深与确定的熔宽的比值大于等于8。

6.一种电子束焊接参数确定装置，其特征在于，包括：

选取模块，用于选取对测试焊板进行电子束焊接的束流值和焊接速度；

第一确定模块，用于确定对测试焊板进行焊接的聚焦电流的最大值和最小值；

焊接模块，用于按照选取的束流值和焊接速度对所述测试焊板进行焊接形成焊缝，其中，在焊接过程中，聚焦电流在所述焊缝的起点到终点从所述最大值到所述最小值线性递减；

计算模块，用于通过三角形相似原理，计算得到焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和最窄部分末端对应的聚焦电流；

第二确定模块，用于根据焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流，确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

重复模块，用于改变束流值和/或焊接速度，重复上述步骤，得到同材质同厚度的测试焊板在不同束流值和/或不同焊接速度下的焊接聚焦电流；

第三确定模块，用于确定在不同束流值和/或不同焊接速度下得到的焊缝的接头金相试样的1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值；

第四确定模块，用于选取1/2熔深处的熔宽、和熔深与确定的熔宽的比值满足预定要求时对应的束流值、焊接速度和焊接聚焦电流作为当前材质和厚度的焊板焊接时所需的束流值、焊接速度和聚焦电流。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：

划分单元，用于将所述测试焊板分为束流上升段、焊接段和束流下降段；

焊接单元，用于在所述束流上升段或者所述束流下降段调节聚焦电流进行焊接；

第一确定单元，用于根据形成的电子束束斑大小、以及焊点的状态确定对所述测试焊板的焊接段进行焊接形成焊缝的聚焦电流的最大值和最小值。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块包括：

第二确定单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值小于等于第一预定阈值的情况下，选择起始端对应的聚焦电流或者末端对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

第二确定单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值的情况下，根据所述焊缝最窄部分各点中上熔宽和下熔宽满足预定条件的点对应的聚焦电流确定当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元包括：

第一确定子单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第一预定阈值且小于等于第二预定阈值的情况下，选择起始端或末端中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点对应的聚焦电流作为当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流；

第二确定子单元，用于在焊缝最窄部分起始端对应的聚焦电流和末端对应的聚焦电流之间的差值大于第二预定阈值的情况下，在所述焊缝最窄部分上选取三点，确定出这三点中下熔宽大于等于0.5mm、熔深除以上熔宽大于等于10、且焊缝成形均匀的点距离起始端的距离，根据确定的距离按照以下公式计算得到当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流：

$I_{\mathrm{fo}}=I_{\mathrm{fo}1}-(I_{\mathrm{fo}1}-I_{\mathrm{fo}2})*\frac{L_7}{L_6}$

其中，I_fo表示当前束流值和焊接速度对应的焊接聚焦电流，I_fo1表示起始端对应的聚焦电流，I_fo2表示末端对应的聚焦电流，L₇表示从三个点中选中的点距离起始端的距离，L₆表示所述焊缝最窄部分的长度。

10.如权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述预定要求包括：1/2熔深处的熔宽位于5mm到10mm之间，熔深与确定的熔宽的比值大于等于8。