CN113770657A - 激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法及装置，方法包括以下步骤：确定电弧焊接路径及激光冲击锻打路径；设置下一层焊缝的电弧焊接工艺参数和激光冲击锻打工艺参数；按照设定的电弧焊接路径及工艺参数开始送丝，电弧热将焊丝熔化在焊接区域形成一层焊缝；按照设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对该层焊缝进行同步激光冲击锻打；对激光冲击锻打后的该层焊缝探伤，判断该层焊缝是否存在内部缺陷；计算获取已成形焊缝的焊缝预期磨损量。根据焊缝预设磨损量要求进行多层电弧熔覆，并进行逐层同步激光冲击锻打，预测磨损量的同时保证焊缝的加工精度及强度，且实现对焊缝预期磨损量的精确控制，为零件焊缝提供耐磨性能的保障。

Description

激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法及装置
技术领域
本发明涉及激光锻造领域，尤其涉及一种激光锻造复合电弧焊接金属平面焊缝磨损量在线预测方法及装置。
背景技术
焊接技术作为装备制造领域的共性技术，在航空航天、轨道交通装备制造、模具等高端制造领域具有广阔的应用前景。随着这些领域装备零件体积的增大、结构的复杂化以及服役需求的不断提升，提高零件的焊接制造效率效果，降低焊接能耗，减少焊接污染，实现装备关键零件的高性能焊接制造已经成为焊接制造发展的重要方向和迫切需求。
现有的电弧焊接技术在焊缝成形过程中因为工艺参数、外部环境和金属熔池状态的变化，使零件焊缝内部局部区域产生气孔、未熔合、裂纹和缩松等内部缺陷，影响最终成型焊缝综合性能及零件的服役寿命。此外，零件在使用过程中，焊缝区域作为接触部位，会发生接触疲劳磨损等情况，焊缝磨损量的高低决定了零件的磨损寿命。现有的焊接技术未对焊缝磨损量进行预测，无法精确控制磨损量，不能为零件焊缝提供耐磨性能的保障。
发明内容
本发明的目的在于提出一种应用于金属平面焊缝的激光锻造复合电弧焊接磨损量在线预测方法及装置，以解决上述背景技术中的一个或多个技术问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，该方法包括以下步骤：
步骤S100：扫描焊接区域得到焊接区域的形状与尺寸，确定电弧焊接路径及激光冲击锻打路径；
步骤S200：设置下一层焊缝的电弧焊接工艺参数和激光冲击锻打工艺参数；
步骤S300：启动电弧焊接装置，按照设定的电弧焊接路径及工艺参数开始送丝，电弧热将焊丝熔化在焊接区域形成一层焊缝；
步骤S400：按照设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对步骤S300形成的该层焊缝进行同步激光冲击锻打；
步骤S500：对激光冲击锻打后的该层焊缝探伤，判断该层焊缝是否存在内部缺陷，若该层焊缝存在内部缺陷，则调整激光冲击锻打工艺参数，并重复执行步骤S300；若不存在内部缺陷，则执行步骤S600；
步骤S600：计算获取已成形焊缝的焊缝预期磨损量，若已成形焊缝的焊缝预期磨损量小于焊缝预设磨损量，则重复步骤S200，直到已成形焊缝的焊缝预期磨损量大于或等于焊缝预设磨损量。
优选的，步骤S200包括以下步骤：
步骤S201：根据待焊接的第i层焊缝的焊缝磨损量，确定电弧焊接的焊丝规格和送丝速度；
步骤S202：根据焊缝厚度的大小确定激光冲击锻打脉冲激光的脉冲宽度；
步骤S203：根据焊缝宽度的大小确定激光冲击锻打的激光光斑大小；
步骤S204：根据焊缝冷却到最佳锻造温度区间内的易塑性变形区域所需时间来确定激光冲击锻打的锻打频率；
步骤S205：调整激光冲击锻打的激光头移动速度与电弧熔融焊丝形成焊缝速度相等。
优选的，所述第i层焊缝的焊缝磨损量Wi为：
Figure BDA0003273543760000031
式中，W为焊缝预设磨损量，Wi-1为上一层焊缝的焊缝磨损量，Hi-1为上一层焊缝的厚度，Bi-1为上一层焊缝的宽度，L为焊缝长度。
优选的，所述步骤S400包括以下步骤：
步骤S401：采集电弧焊接形成的焊缝的实时温度；
步骤S402：判断该焊缝的实时温度是否处于最佳锻造温度区，
若否，则自锁不进行冲击锻打作业；
若是，按照设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对形成的焊缝进行同步激光冲击锻打。
优选的，步骤S600中，焊缝预期磨损量W0为：
Figure BDA0003273543760000032
式中，H为焊缝厚度，B为焊缝宽度，L为焊缝长度。
优选的，步骤S300的电弧焊接与步骤S400的激光锻打同步耦合进行，设置电弧焊接的电弧焊枪与激光冲击锻打的锻打激光束同步同向移动，直至整条焊缝焊接完成，在焊接平面所形成的激光束光斑中心与电弧热源之间的间距小于1mm；所述锻打激光束垂直聚焦于焊接区域，电弧焊枪喷嘴中心线与焊接平面的夹角为35°～50°。
本发明还提供激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测装置，包括计算机、工作台和设于工作台上方的红外热成像仪、电弧焊接装置、激光冲击锻打装置、光学动态测量系统，
所述工作台用于放置待焊接的零件；
所述红外热成像仪用于对焊缝的温度进行实时监测；
所述电弧焊接装置用于控制电弧焊枪的移动并熔融焊丝，从而在零件上形成焊缝，所述电弧焊枪喷嘴中心线与所述工作台之间的夹角为35°～50°；
所述激光冲击锻打装置用于对焊缝进行激光冲击锻打，所述激光冲击锻打装置的锻打激光头垂直于工作台设置；
所述光学动态测量装置用于获取零件待焊接区域的尺寸以及焊缝长度、宽度和厚度。
优选的，所述电弧焊接装置包括储料室、供丝机构、储气罐、冷却系统和所述电弧焊枪，所述计算机与所述电弧焊接装置电连接；所述电弧焊枪的进料口与所述供丝机构、储气罐的出口连通，所述储料室的出料口与所述供丝机构进料口连通，所述冷却系统用于电弧焊枪冷却。
优选的，所述的电弧焊接装置在焊接时采用氩气或二氧化碳作为保护气体，供丝机构用于自动切换不同规格的焊丝并进给至电弧焊枪。
本发明的有益效果：
1、在激光锻造复合电弧焊接过程中，焊缝在电弧热与激光力效应的耦合作用下，细化焊缝的晶粒，可有效减少焊缝成形缺陷的产生，以强化焊缝的结构硬度和耐磨性，延长零件的磨损寿命；
2、在复合焊接工作过程中，利用短脉冲、低能量的激光束直接作用在易塑性形变温度区的焊缝，相比较于工件冷却后再通过高能量激光束去强化，低能量激光束充分发挥其冲击波力效应，可以直接消除材料内部缺陷，获得更好的强化效果，降低了对激光冲击锻打设备的要求，能更充分高效地利用能量，减少焊接成本，节约资源；
3、根据焊缝预设磨损量要求进行多层电弧熔覆，并进行逐层同步激光冲击锻打，预测磨损量的同时保证焊缝的加工精度及强度，且实现对焊缝预期磨损量的精确控制，为零件焊缝提供耐磨性能的保障。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例1的方法流程示意图；
图2是本发明实施例2的整体结构示意图；
图3是本发明实施例2的加工示意图。
其中：1-计算机、2-显示屏、3-电弧焊接装置、4-激光冲击锻打装置、5-光学动态测量系统、6-红外热成像仪、7-无损探伤检测装置、8-冷却系统、9-储气罐、10-出气口、11-储料室、12-储料室出料口、13-供丝机构进料口、14-供丝机构、15-供丝机构出料口、16-电弧焊枪进料口、17-电弧焊枪、18-锻打激光头、19-光学动态测量探测头、20-红外热成像仪探测器、21-无损探伤检测器22-待拼焊金属零件、23-工作台、24-焊缝、25-焊丝、26-保护气、27-焊接区域、28-锻打激光束。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，应用于对金属平面焊缝的激光锻造复合电弧焊接，参考附图1，该方法包括以下步骤：
步骤S100：通过光学动态测量系统扫描平面待拼焊金属零件的焊接区域并上传计算机分析得到平面焊接区域的形状与尺寸后，通过计算机规划得出电弧焊接路径及激光冲击锻打路径；
步骤S200：设置下一层焊缝的电弧焊接工艺参数和激光冲击锻打工艺参数；
步骤S300：启动电弧焊接装置，按照设定的电弧焊接路径及工艺参数开始送丝，电弧热将焊丝熔化在焊接区域形成第一层焊缝或第i+1层焊缝；
步骤S400：在步骤S300形成焊缝的同时，计算机控制激光冲击锻打装置按步骤S200设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对焊缝处于最佳锻造温度区间内的易塑性变形区域进行同步激光冲击锻打；
步骤S500：待步骤S300和步骤S400完成对该层焊缝的形成和锻打后，采用无损探伤检测装置对焊缝进行无损探伤，判断该层焊缝是否存在内部缺陷，若该层焊缝存在内部缺陷，则调整激光冲击锻打工艺参数，具体的调整方式为：增大下一层焊缝的激光冲击锻打工艺参数，由于激光冲击锻打下一层焊缝时，激光束冲击波力也会向下传播至上一层焊缝，即对上一次层焊缝再进行一次锻打，从而彻底消除焊缝内部缺陷，以保证焊缝的质量。调整调整激光冲击锻打工艺参数后，重复执行步骤S300和S400；若不存在内部缺陷，则执行步骤S600；
步骤S600：通过光学动态测量系统把已成形的零件焊缝表面形貌数据采集并传输到计算机分析得到焊缝预期磨损量W0，若焊缝预期磨损量W0小于焊缝预设磨损量W，焊缝预设磨损量W为零件在服役期间焊缝发生磨损失效时的磨损量阈值，则重复步骤S300、S400、S500，且步骤S300、S400同步耦合进行，直到已成形焊缝的焊缝预期磨损量大于或等于焊缝预设磨损量。
优选的，步骤S200具体包括以下步骤：
步骤S201：根据待焊接的第i层焊缝的焊缝磨损量，确定电弧焊接的焊丝规格和送丝速度；
步骤S202：根据焊缝厚度的大小确定激光冲击锻打脉冲激光的脉冲宽度；
步骤S203：根据焊缝宽度的大小确定激光冲击锻打的激光光斑大小；
步骤S204：根据焊缝冷却到最佳锻造温度区间内的易塑性变形区域所需时间来确定激光冲击锻打的锻打频率；
步骤S205：调整激光冲击锻打的激光头移动速度与电弧熔融焊丝形成焊缝速度相匹配。
电弧焊接装置根据第i层焊缝磨损量Wi要求自动选取焊丝规格及送丝速度进而控制焊缝的厚度和宽度，再根据厚度和宽度确定锻打脉冲激光参数；当焊缝厚度或宽度超出激光冲击锻打装置脉冲激光处理极限，则降低电弧熔积焊丝形成焊缝的速度，从而实现闭环控制。根据焊缝厚度确定脉冲激光的脉冲宽度，确保当前深度的焊缝获得充分锻打透彻；根据焊缝宽度来确定激光冲击锻打的激光光斑大小，使当前宽度的焊缝获得充分覆盖和锻打透彻；通过红外热成像仪实时监测焊缝快速冷却到最佳锻造温度区间内的易塑性变形区域所需时间来确定激光冲击锻打的锻打频率，此外，还要确保激光冲击锻打移动速度与电弧熔积焊丝形成焊缝速度相匹配，从而保证锻打动作始终处于最佳锻打温度区间内。
最佳锻造温度区间是指胚料开始锻造温度和结束锻造温度之间的一段温度区间。不同材料的最佳锻造温度区是不一样的，这与材料的再结晶温度和熔点有关，可通过查询资料手册获得或者实验获得。
其中，电弧焊接装置根据第i层焊缝磨损量Wi要求自动选取并切换焊丝规格；光学动态测量系统将已成形的零件焊缝表面形貌数据采集并传输到计算机分析得到第i层焊缝磨损量Wi；
第i层焊缝的焊缝磨损量Wi通过以下公式计算：
Figure BDA0003273543760000081
式中，W为焊缝预设磨损量，Wi-1为上一层焊缝的焊缝磨损量，Hi-1为上一层焊缝的厚度，Bi-1为上一层焊缝的宽度，L为焊缝长度。
第1层熔覆时以预设磨损量的一半作为焊丝规格的选择标准，通过逐层电弧熔覆，并逐层激光冲击锻打，以实现对焊缝预期磨损量的精确控制和保证焊缝的质量。
优选的，步骤S400具体包括以下步骤：
步骤S401：采集电弧焊接形成的焊缝的实时温度；
步骤S402：判断该焊缝的实时温度是否处于最佳锻造温度区，
若否，则自锁不进行冲击锻打作业；
若是，按照设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对形成的焊缝进行同步激光冲击锻打。
由此，通过红外热成像仪对焊缝的温度进行实时数据采集并发送到计算机；当监测到焊缝的温度处于最佳锻造温度区时，计算机控制激光冲击锻打装置跟随电弧焊接装置进行连续的边焊接边冲击锻打作业，对其余温度区的焊缝则自锁不进行冲击锻打作业。
优选的，步骤S600中，的焊缝预期磨损量W0与焊丝熔覆于零件平面所形成焊缝的体积直接相关。通过光学动态测量系统实时测得焊缝的厚度、宽度与长度并上传计算机分析得到焊缝截面面积，即抛物线截面面积，再乘以长度即得焊缝预期磨损量W0，即
焊缝预期磨损量W0为：
Figure BDA0003273543760000091
式中，H为焊缝厚度，B为焊缝宽度，L为焊缝长度。
焊缝预期磨损量与焊缝厚度、长度和宽度有关，3个参数的变化决定了焊缝加工后在使用过程中的磨损性能好坏。基本上3个参数越大，磨损性能越好，但受限于焊接区域、焊丝规格、激光参数、零件装配误差、零件热变形等因素，无法直接一步到位获得大焊缝，此外，加工大焊缝会导致锻打区域变大、光斑直径变大，单位面积内焊缝所接收到的激光锻造能量或力作用就变小，削弱了锻打效果和焊缝强度。因此，在预测和控制磨损量时需要折中考虑加工精度、锻打强度等，即必须选择小于焊缝预设磨损量要求的焊丝规格，且进行多层电弧熔覆，逐层激光冲击锻打，以保证焊缝的质量。
优选的，步骤S300的电弧焊接与步骤S400的激光锻打同步耦合进行，设置电弧焊接的电弧焊枪与激光冲击锻打的锻打激光束同步同向移动，直至整条焊缝焊接完成，在焊接平面所形成的激光束光斑中心与电弧热源之间的间距小于1mm；锻打激光束垂直聚焦于焊接区域，电弧焊枪喷嘴中心线与焊接平面的夹角为35°～50°。
零件在使用过程中，焊缝区域作为接触部位，会发生接触疲劳磨损等情况，焊缝质量及磨损量的高低决定了零件的磨损寿命。本实施例在激光锻造复合电弧焊接过程中，焊缝在电弧热与激光力效应的耦合作用下，细化焊缝的晶粒，可有效减少焊缝成形缺陷的产生，以强化焊缝的结构硬度和耐磨性，延长零件的磨损寿命；短脉冲、低能量的激光束直接作用在易塑性形变温度区的焊缝，相比较于工件冷却后再通过高能量激光束去强化，低能量激光束充分发挥其冲击波力效应，可以直接消除材料内部缺陷，获得更好的强化效果；根据焊缝预设磨损量要求进行多层电弧熔覆，并进行逐层同步激光冲击锻打，保证预测磨损量时焊缝的加工精度及强度，且实现对焊缝预期磨损量的精确控制，为零件焊缝提供耐磨性能的保障。
实施例2
一种使用激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测装置，参考附图2和3，包括计算机1、显示屏2、工作台23和设于工作台23上方的红外热成像仪6、电弧焊接装置3、激光冲击锻打装置5、光学动态测量系统；
工作台23用于放置待焊接的零件；
红外热成像仪6用于对焊缝24的温度进行实时监测；
电弧焊接装置3用于控制电弧焊枪的移动并熔融焊丝25，从而在零件上形成焊缝，电弧焊枪喷嘴中心线与工作台23之间的夹角为35°～50°；
激光冲击锻打装置5通过锻打激光束28对焊缝24进行激光冲击锻打，激光冲击锻打装置5的锻打激光头18垂直于工作台23设置；
光学动态测量装置用于获取零件待焊接区域的尺寸以及焊缝长度、宽度和厚度。
优选的，电弧焊接装置3包括储料室11、供丝机构14、储气罐9、冷却系统8和电弧焊枪，供丝机构14上设有供丝机构进料口13和供丝机构出料口15，计算机1与电弧焊接装置3电连接；电弧焊枪进料口16与供丝机构、储气罐9的出气口10连通，储料室出料口12与供丝机构进料口13连通，冷却系统8用于电弧焊枪冷却。
优选的，电弧焊接装置3在焊接时采用氩气或二氧化碳作为保护气体，供丝机构用于自动切换不同规格的焊丝25并进给至电弧焊枪。
红外热成像仪6对焊缝的温度进行数据采集，采集的数据传到计算机1，计算机1自动对数据信号进行过滤、降噪、优化处理，从而获得更为精准的温度值。红外热成像仪6所采集的数据可通过显示屏2实现数据可视化，方便操作人员观察。可导出温度变化曲线图及工艺报告，方便不同材质的材料焊接加工时调整焊接装置的工艺参数。
光学动态测量系统光源为LED光源；测量区域为100×70mm2～400×300mm2；点距为0.025mm～0.097mm；工作距离为530mm～630mm；大三维扫描场测量范围最大不少于1000mm。所述的电弧焊接装置的输入电源为380V，额度容量为23KVA，负载持续率为60％，电压调节范围为14V-50V。所述红外热成像仪探测器分辨率不低于640×480，视场为34°H×25.5°V，最小聚焦焦距为15cm，温度测量范围为-10℃至+2000℃，可拍摄整个视角中的近焦和远焦图像，数码可变焦，最高16倍。所述的无损探测装置为超声复合射线无损探测装置，检测范围为0～6000mm,声速范围为1000～9999m/s,管电压调节范围为20KV～300KV，射线辐射角为15°～45°。
在工作时，光学动态测量仪5通过光学动态测量探测头19对工作台23上待拼焊金属零件22的焊缝进行长度、宽度和厚度扫描，并计算分析获得焊接路径、设置焊接锻打工艺参数，以及得到焊缝预期磨损量。计算机1控制电弧焊接装置3中的供丝机构13根据第i层焊缝磨损量Wi要求自动选取并切换焊丝25规格后开始送丝。电弧焊接是在电弧焊枪17喷嘴吹出连续的氩气保护气26环境下进行的，在零件焊接区域27上电弧热熔融焊丝25，形成焊缝24，同时计算机1通过红外热成像仪探测器20对焊缝24的温度进行检测，当监测到焊缝24的温度冷却至最佳锻造温度区时，计算机1控制激光冲击锻打装置4跟随电弧焊接装置3进行连续的边焊接边冲击锻打作业，对焊缝24其余温度区则自锁不进行任何作业。无损探伤检测装置7通过无损探伤检测器21对焊缝24进行无损探伤，对下一层焊缝激光锻打工艺参数进行调节，保证焊缝的质量。在零件焊接过程中细化金属晶粒和优化组织，避免普通电弧焊接焊丝零件可能出现的如气孔、未熔合，裂纹和缩松等内部缺陷，以强化焊缝的结构硬度和耐磨性，延长零件的磨损寿命。并且在激光锻打复合电弧焊接熔融焊丝形成焊缝24时通过多层电弧熔覆,逐层激光冲击锻打，以保证预测磨损量时焊缝的加工精度及强度，且实现对焊缝预期磨损量的精确控制，为零件焊缝提供耐磨性能的保障，实现了在同一个工序中高效、高质量地完成锻打焊接且精准控制零件焊缝磨损寿命的目的。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S100：扫描焊接区域得到焊接区域的形状与尺寸，确定电弧焊接路径及激光冲击锻打路径；
步骤S200：设置下一层焊缝的电弧焊接工艺参数和激光冲击锻打工艺参数；
步骤S300：启动电弧焊接装置，按照设定的电弧焊接路径及工艺参数开始送丝，电弧热将焊丝熔化在焊接区域形成一层焊缝；
步骤S400：按照设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对步骤S300形成的该层焊缝进行同步激光冲击锻打；
步骤S500：对激光冲击锻打后的该层焊缝探伤，判断该层焊缝是否存在内部缺陷，若该层焊缝存在内部缺陷，则调整激光冲击锻打工艺参数，并重复执行步骤S300；若不存在内部缺陷，则执行步骤S600；
步骤S600：计算获取已成形焊缝的焊缝预期磨损量，若已成形焊缝的焊缝预期磨损量小于焊缝预设磨损量，则重复步骤S200，直到已成形焊缝的焊缝预期磨损量大于或等于焊缝预设磨损量。
2.根据权利要求1所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，其特征在于，步骤S200包括以下步骤：
步骤S201：根据待焊接的第i层焊缝的焊缝磨损量，确定电弧焊接的焊丝规格和送丝速度；
步骤S202：根据焊缝厚度的大小确定激光冲击锻打脉冲激光的脉冲宽度；
步骤S203：根据焊缝宽度的大小确定激光冲击锻打的激光光斑大小；
步骤S204：根据焊缝冷却到最佳锻造温度区间内的易塑性变形区域所需时间来确定激光冲击锻打的锻打频率；
步骤S205：调整激光冲击锻打的激光头移动速度与电弧熔融焊丝形成焊缝速度相等。
3.根据权利要求2所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，其特征在于，所述第i层焊缝的焊缝磨损量Wi为：
Figure FDA0003273543750000021
式中，W为焊缝预设磨损量，Wi-1为上一层焊缝的焊缝磨损量，Hi-1为上一层焊缝的厚度，Bi-1为上一层焊缝的宽度，L为焊缝长度。
4.根据权利要求1所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，其特征在于，所述步骤S400包括以下步骤：
步骤S401：采集电弧焊接形成的焊缝的实时温度；
步骤S402：判断该焊缝的实时温度是否处于最佳锻造温度区，
若否，则自锁不进行冲击锻打作业；
若是，按照设定的激光冲击锻打路径和工艺参数对形成的焊缝进行同步激光冲击锻打。
5.根据权利要求1所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，其特征在于，步骤S600中，焊缝预期磨损量W0为：
Figure FDA0003273543750000022
式中，H为焊缝厚度，B为焊缝宽度，L为焊缝长度。
6.根据权利要求1所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测方法，其特征在于，步骤S300的电弧焊接与步骤S400的激光锻打同步耦合进行，设置电弧焊接的电弧焊枪与激光冲击锻打的锻打激光束同步同向移动，直至整条焊缝焊接完成，在焊接平面所形成的激光束光斑中心与电弧热源之间的间距小于1mm；所述锻打激光束垂直聚焦于焊接区域，电弧焊枪喷嘴中心线与焊接平面的夹角为35°～50°。
7.一种使用权利要求1至6任一项所述方法的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测装置，其特征在于，包括计算机、工作台和设于工作台上方的红外热成像仪、电弧焊接装置、激光冲击锻打装置、光学动态测量系统；
所述工作台用于放置待焊接的零件；
所述红外热成像仪用于对焊缝的温度进行实时监测；
所述电弧焊接装置用于控制电弧焊枪的移动并熔融焊丝，从而在零件上形成焊缝，所述电弧焊枪喷嘴中心线与所述工作台之间的夹角为35°～50°；
所述激光冲击锻打装置用于对焊缝进行激光冲击锻打，所述激光冲击锻打装置的锻打激光头垂直于工作台设置；
所述光学动态测量装置用于获取零件待焊接区域的尺寸以及焊缝长度、宽度和厚度。
8.根据权利要求7所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测装置，其特征在于，所述电弧焊接装置包括储料室、供丝机构、储气罐、冷却系统和所述电弧焊枪，所述计算机与所述电弧焊接装置电连接；所述电弧焊枪的进料口与所述供丝机构、储气罐的出口连通，所述储料室的出料口与所述供丝机构进料口连通，所述冷却系统用于电弧焊枪冷却。
9.根据权利要求8所述的激光锻造复合电弧焊接焊缝磨损量在线预测装置，其特征在于，所述的电弧焊接装置在焊接时采用氩气或二氧化碳作为保护气体，供丝机构用于自动切换不同规格的焊丝并进给至电弧焊枪。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140027414A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 General Electric Company Hybrid welding system and method of welding
CN104227180A (zh) * 2014-09-23 2014-12-24 重庆舸海机电有限公司 一种nm400耐磨钢的焊接方法
CN107262930A (zh) * 2017-06-27 2017-10-20 广东工业大学 一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成形零件的方法及其装置
CN107283059A (zh) * 2017-05-18 2017-10-24 广东工业大学 一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法和装置
CN109684772A (zh) * 2019-01-16 2019-04-26 江西省科学院应用物理研究所 一种采用有限单元法计算焊缝结构疲劳的处理方法
CN111702336A (zh) * 2020-06-19 2020-09-25 北京航星机器制造有限公司 一种激光冲击辅助电弧增材制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140027414A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 General Electric Company Hybrid welding system and method of welding
CN104227180A (zh) * 2014-09-23 2014-12-24 重庆舸海机电有限公司 一种nm400耐磨钢的焊接方法
CN107283059A (zh) * 2017-05-18 2017-10-24 广东工业大学 一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法和装置
CN107262930A (zh) * 2017-06-27 2017-10-20 广东工业大学 一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成形零件的方法及其装置
CN109684772A (zh) * 2019-01-16 2019-04-26 江西省科学院应用物理研究所 一种采用有限单元法计算焊缝结构疲劳的处理方法
CN111702336A (zh) * 2020-06-19 2020-09-25 北京航星机器制造有限公司 一种激光冲击辅助电弧增材制造方法

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