CN104679995A - 一种激光异质焊接接头力学性能预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种激光异质焊接接头力学性能预测方法。为对异质焊接质量进行准确评价，本发明通过系列能量非对称分布率的异质焊接实验与力学性能检测结果，建立了焊接接头力学性能与熔合比的关系式，最终得到异质焊接接头力学性能预测模型。与现有技术相比，本发明通过建立能量非对称分布率与力学性能之间的关系，可以实现焊接接头力学性能的预测，从而能够准确评价异质焊接质量，且采用不同形状、大小和能量分布的激光束时，同样能够获得焊接接头力学性能的变化规律，实现对焊接接头力学性能的预测。本发明可为激光异质焊接过程中能量非对称分布率的选择提供可靠依据。

Description

一种激光异质焊接接头力学性能预测方法

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种激光异质焊接接头力学性能预测方法。

背景技术

相对于传统焊接方法，激光焊接具有细化焊缝晶粒、降低焊接残余应力等优点，有利于提高焊缝性能，保证焊接质量，近年来广泛应用于合金焊接领域。在异质材料的激光焊接过程中，异质焊接接头的力学性能是评价焊接质量的关键之一，但由于异质材料自身力学性能的差异，在焊接过程中，当异质材料之间的熔化比例发生变化后，其异质焊接接头的力学性能也会随之发生变化，严重影响对焊接质量的准确评价，因此实现异质焊接接头力学性能的预测对异质焊接质量的准确评价具有较强的现实意义。

激光异质焊接通常采用能量对称分布的方式，焊接接头力学性能预测主要基于基本焊接工艺参数，如焊接功率、焊接速度、离焦量等。然而，能量的非对称分布会改变异质材料的熔化比例，同样是影响接头力学性能的重要参数。目前，对基于能量非对称分布激光异质焊接的研究主要集中在激光束偏移量对焊接接头性能的影响方面：

吴东江，董金飞，柴东升，马广义，激光能量偏移对304/C-276异质焊缝元素分布和力学性能的影响[J]，中国有色金属学报，2015年，第25卷第1期第15～22页，公开了一种通过激光束偏移获取不同焊接接头力学性能的方法，指出了母材熔化比例是影响焊接接头力学性能的直接因素，发现激光束偏向C-276合金时，可以改善焊接接头的力学性能。但该方法没有建立激光束偏移量与焊接接头力学性能的关系，无法对力学性能进行预测。

宋志华，吴爱萍，姚为，邹贵生，任家烈，汪永阳，激光束偏移量对钛/铝异种合金激光焊接接头组织和性能的影响[J]，焊接学报，2013年第34卷第1期第105～109页，公开了一种通过激光束偏移获得不同焊接接头组织和拉伸性能的方法，并利用该方法获得熔焊和钎焊两种接头，同时指出焊接接头拉伸性能随激光束偏移量的增大呈现先减小后增大的规律。该方法同样未建立激光束偏移量与焊接接头力学性的关系；此外，当采用不同形状、大小和能量分布的激光束时，激光束偏移量的变化不能反映焊接接头组织和拉伸性能的变化特征，因此该方法也无法预测力学性能的变化规律。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种激光异质焊接接头力学性能预测方法。

一种激光异质焊接接头力学性能预测方法，主要包括以下步骤：

A、在最优激光异质焊接参数下进行系列能量非对称分布率E的焊接，并确保焊接接头良好冶金结合，建立熔合比D与能量非对称分布率E的拟合关系式，D＝f(E)。

B、对系列异质焊接样件进行拉伸试验，测量焊接接头的抗拉极限强度σ_b，建立σ_b与熔合比D的拟合关系式σ_b＝g(D)。

C、将式D＝f(E)代入式σ_b＝g(D)中，得到异质焊接接头力学性能预测模型σ_b＝h(E)。

D、对力学性能预测模型σ_b＝h(E)进行精度检验，确保目标相对误差≤5％。

E、输入某一能量非对称分布率，通过步骤D中预测公式的计算分析，输出焊接接头力学性能预测结果，并与实际力学性能要求的最小值σ_bmin相比较，求解出σ_b≥σ_bmin所对应的能量非对称分布率取值范围。

所述的一种激光异质焊接接头力学性能预测方法，其特征在于：所述的能量非对称分布率E为辐照在某一母材上的能量占总辐照能量的百分比；所述的熔合比D为通过焊接上表面计算的上述母材熔化质量占焊缝金属总熔化质量的百分比。

本发明的一种激光异质焊接接头力学性能预测方法，通过建立能量非对称分布率与力学性能之间的关系，可以实现焊接接头力学性能的预测，从而能够准确评价异质焊接质量。当采用不同形状、大小和能量分布的激光束时，同样能够获得焊接接头力学性能的变化规律，实现对焊接接头力学性能的预测。

附图说明

附图为一种激光异质焊接接头力学性能预测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

在实施例中，确定最优的激光异质焊接工艺参数为：激光功率60W、焊接速度150mm/min，氩气作为保护气体；异质焊接母材分别为C-276镍基合金和304奥氏体不锈钢。

实施例具体步骤如下：

A、基于上述最优工艺参数，进行系列激光束偏移量的异质焊接实验，计算形成良好冶金结合焊接接头所对应的能量非对称分布率，即辐照在C-276母材表面的能量占总辐照能量的百分比E_C-276，分别为：11％、29％、50％、71％和100％。测量C-276的熔合比D_C-276，分别为：35％、49％、60％、77％和96％，建立熔合比D_C-276与E_C-276的拟合关系式：

D_C-276＝0.69E_C-276+0.28   (1)

B、进行拉伸实验，测量系列焊接接头的抗拉极限强度σ_b分别为623MPa、647MPa、698MPa、797MPa、837MPa，建立σ_b与D_C-276的拟合关系式：σ_b＝f(D_C-276)。

C、将式(1)代入到σ_b＝f(D_C-276)中，得到基于能量非对称分布的焊接接头抗拉极限强度预测模型为：

${\mathrm{\σ}}_b=-822.3E_{C-276}^3+1350.5E_{C-276}^2-335.5E_{C-276}+645.1---\left(2\right)$

D、选用能量非对称分布率为89％的参数对模型进行精度验证，通过预测模型计算得到异质焊接接头的抗拉极限强度为836.5MPa，而通过拉伸实验测得的抗拉极限强度为839MPa，预测与实验结果的相对误差为0.3％≤5％，证明该模型可靠。

E、若实际要求C-276/304异质焊接接头的抗拉极限强度不低于750MPa，利用预测模型求出满足要求的能量非对称分布率的取值范围为不低于60％。

以上所述实例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种激光异质焊接接头力学性能预测方法，其特征在于以下步骤：

A、在最优激光异质焊接参数下进行系列能量非对称分布率E的焊接，并确保焊接接头良好冶金结合，建立熔合比D与能量非对称分布率E的拟合关系式，D＝f(E)；

所述的能量非对称分布率E为辐照在某一母材上的能量占总辐照能量的百分比；

B、对系列异质焊接样件进行拉伸试验，测量焊接接头的抗拉极限强度σ_b，建立σ_b与熔合比D的拟合关系式σ_b＝g(D)；

所述的熔合比D为通过焊接上表面计算的上述母材熔化质量占焊缝金属总熔化质量的百分比；

C、将式D＝f(E)代入式σ_b＝g(D)中，得到异质焊接接头力学性能预测模型σ_b＝h(E)；

D、对力学性能预测模型σ_b＝h(E)进行精度检验，确保目标相对误差≤5％；

E、输入某一能量非对称分布率，通过步骤D中预测公式的计算分析，输出焊接接头力学性能预测结果，并与实际力学性能要求的最小值σ_bmin相比较，求解出σ_b≥σ_bmin所对应的能量非对称分布率取值范围。

2.根据权利要求1所述的一种激光异质焊接接头力学性能预测方法，其特征在于，最优的激光异质焊接工艺参数为：激光功率60W、焊接速度150mm/min，氩气作为保护气体；异质焊接母材分别为C-276镍基合金和304奥氏体不锈钢。