CN114952003A - 一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，逐层的利用各层焊接参数、焊道尺寸和坡口张开角度和初始反变形角度ε，最终确定出每一层焊道的焊接参数及实际焊接时的预置反变形角度，其中，通过比较所有的坡口张开角度之和

与当前ε，即比较累计角变形与当前ε来决定是否增大或减小当前ε并重新开始逐层计算，直至累计角变形与当前ε极其接近：即

度时，说明ε合理，则结束计算并且将当前的ε值作为实际焊接时的预置反变形角度。

Description

一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别是一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法。

背景技术

大厚度、大尺寸结构件在航空、航天、船舶、核电等领域被广泛应用于关重件，担当主承力结构的重要角色。目前此类构件常用的制造方法有三种，第一种是整体锻造，第二种是拼焊后数控加工，第三种是增材制造后数控加工。其中，整体锻造需要非常大型的锻压设备，还需要加工模具使零件一次成型，设备成本高，而增材制造后数控加工是新技术，虽然它具备不受构件尺寸限制的优点，但技术成熟度还有待提高。因此，焊接技术在大厚度、大尺寸结构件的制备中有着非常广阔的应用前景。

关于大厚板的窄间隙电弧焊接方面，电弧焊接的主要不足之处在于焊接坡口与焊缝熔宽的最小值受到焊枪尺寸的限制。焊接时，焊枪必须伸进坡口根部，即使采用特制的小尺寸焊枪，坡口宽度仍然较大。此外，窄间隙电弧焊还面临电弧根部可能漂移到坡口侧壁表面的问题，导致电弧和焊接过程不稳定。

相比之下，采用电子束或激光束进行大厚度板的焊接，具有工作距离大、热量传递精准灵活、能量密度高、传输性和聚焦性好、焊接热输入和变形较小的优点。

真空电子束焊接技术具有能量密度高、热输入小、焊缝深宽比大、焊接变形小、稳定性好等优点，是厚结构件焊接常用方法。但是，真空电子束焊也存在其自身的局限性，当待焊构件的尺寸大于电子束焊真空腔室的尺寸时，真空电子束焊将不再适用。

激光焊，其与电子束焊同为高能束焊，具有能量密度高、热影响区小、高的焊接速度和焊接质量好的优点，还可以在大气环境下焊接，与真空电子束焊相比，焊接适应性更好。激光填丝焊单道多层可以实现小功率激光器对大厚板的焊接，既保留了激光焊的优点，又不受构件尺寸的限制，因此，激光填丝焊将会是未来重点发展的焊接技术。

但是，大厚板在多层焊接过程中会引起板厚方向横向收缩不均匀，焊接结束后接头存在残余角变形。由于大厚板窄间隙激光摆动填丝焊接的焊道层数较多、每层参数不同，每道焊缝焊接的引起的角变形即焊后累计的残余角变形很难预测，焊前如何确定出一个合理的反变形角度成为一个技术难题。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，所述方法很好的解决了大厚板窄间隙激光填丝焊多层焊接缺陷与角变形控制难、成品率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，包括如下步骤：

S100、针对大厚板窄间隙工件的一个试板，对其设计V型坡口并预设一个焊接前的初始反变形角度ε，同时得到如下各个大于0的已知参数：试板的厚度T、第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁、坡口的机加工角度θ；

S200、根据坡口的机加工角度θ和焊接前的初始反变形角度ε计算第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁，公式如下：

α₁＝θ+ε (1-1)

式中，第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁、坡口的机加工角度θ以及焊接前的初始反变形角度ε的单位均为度；

S300、由于试板的坡口为V型坡口且坡口根部宽度D₁大于0，因此，根据坡口的几何关系得到第一层焊接缝焊后的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的公式如下：

W₁＝2H₁×tana₁+D₁ (1-2)

式中，第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁和第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁均为已知；

S400、由于大厚板窄间隙激光填丝焊时的焊丝融化量为填充的焊接缝金属量，因此，进一步得到第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的如下公式：

(D₁+W₁)×H₁×0.5L＝(L×R×S)/V (1-3)

式中，L为焊道长度，单位为毫米；R为当前层的送丝速度，单位为米/分钟；S为焊丝横截面积，单位为平方毫米；V为当前层的焊接速度，单位为厘米/分钟；

其中，当试板和选择的焊丝确定后，由于试板尺寸确定，所以焊道长度L也是选择好的已知常数，焊丝横截面积S也同样为已知常数；当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V以及第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁同样已知；示例性的，假如试板100mm，L就小于100，在100内取即可，例如80；焊丝一旦确定，由于L已确定，焊丝横截面积S也确定；

S500、联立所述步骤S300和S400中的两个公式(1-2)、公式(1-3)，对第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁进行求解；

S600、由于第一层焊接缝焊后，焊接缝区会因为实际的焊接而产生收缩变形，因此，通过步骤S500求解出的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁属于理想值，进一步的，根据实际的焊接而产生的收缩变形修正第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁，修正过程的子步骤如下：

S601、将求解出的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的值，分别作为如下公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i：

Δα_i＝f(H_i，W_i) (1-4)

由于此时i＝1，从而得出第一次焊接后的焊接角变形量Δα₁；i为自然数，其从1开始，表示第i次焊接；

在至少2组关于第i层焊道上表面宽度W_i、第i层焊道金属填充高度H_i、该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i的预先试验数据的支持下，式中f表达式及该表达式中的系数，其由Origin软件或其他类似软件、直接拟合得出；

S602、根据步骤S200计算的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁以及步骤S601所得的Δα₁，进一步得到修正后的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度a₁′：

a₁′＝a₁-Δa₁ (1-5)；

S603、进一步，联立如下公式得到修正后的第一层焊道上表面宽度W₁′和修正后的第一层焊道金属填充高度H₁′：

W₁′＝2H₁′×tana₁′+D₁ (1-6)

(D₁+W₁′)×H₁′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-7)；

S700、针对第二次焊接，由于第二次焊接是在第一次焊接后的基础上，沿V型坡口向上叠加，因此，修正后的第一层焊道上表面宽度W₁′作为第二层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₂，并且，修正后的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度a₁′作为第二层焊接缝焊前的坡口张开角度α₂，于是有如下公式：

D₂＝W₁′ (1-8)

α₂＝a₁′ (1-9)

W₂＝2H₂×tana₂+D₂ (1-10)

(D₂+W₂)×H₂×0.5L＝(L×R×S)/V (1-11)

从而，通过联立公式(1-10)、(1-11)可求解第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂；

S800、进一步，对第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂进行修正，修正的子步骤如下：

S801、将求解出的第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂，分别作为前述公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i，此时i＝2；

由于此时i＝2，从而得出第二次焊接后的焊接角变形量Δα₂；

S802、根据前述第二层焊接缝焊前的坡口张开角度α₂以及所得的Δα₂，得到修正后的第二层焊接缝焊前的坡口张开角度a₂′：

a₂′＝a₂-Δa₂ (1-12)；

S803、进一步，联立如下公式得到修正后的第二层焊道上表面宽度W₂′和修正后的第二层焊道金属填充高度H₂′：

W₂′＝2H₂′×tan a₂′+D₂ (1-13)

(D₂+W₂′)×H₂′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-14)；

S900、类似的，当i为大于等于3的情形时，针对当前的第i次焊接，由于第i次焊接是在第i次焊接后的基础上，沿V型坡口向上叠加，因此，修正后的第i-1层焊道上表面宽度W_i-1′作为第i层焊接缝焊前的坡口底部宽度Di，并且，修正后的第i-1层焊接缝焊前的坡口张开角度a_i-1′作为第i层焊接缝焊前的坡口张开角度α_i，于是有如下公式：

D_i＝W_i-1′ (1-15)

α_i＝a_i-1′ (1-16)

W_i＝2H_i×tan a_i+D_i (1-17)

(D_i+W_i)×H_i×0.5L＝(L×R×S)/V (1-18)

从而，通过联立公式(1-17)、(1-18)可求解第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第二层焊道金属填充高度的理论值H_i；

S1000、进一步，对第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第i层焊道金属填充高度的理论值H_i进行修正，修正的子步骤如下：

S1001、将求解出的第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第i层焊道金属填充高度的理论值H_i，分别作为前述公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i；

S1002、根据前述第i层焊接缝焊前的坡口张开角度α_i以及所得的Δα_i，得到修正后的第i层焊接缝焊前的坡口张开角度a_i′：

a_i′＝a_i-Δa_i (1-19)；

S1003、进一步，联立如下公式得到修正后的第i层焊道上表面宽度W_i′和修正后的第i层焊道金属填充高度H_i′：

W_i′＝2H_i′×tan a_i′+D_i (1-20)

(D_i+W_i′)×H_i′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-21)；

S1100、i不断以加1的方式递增，以试板的厚度作为约束条件，直至确定需要焊接的总层数N，其中，超出该总层数N则表示焊道金属填充的总高度超出试板的厚度；并，据此进一步确定所有的坡口张开角度之和为：

S1200、比较所有的坡口张开角度之和

与当前ε值的大小关系，且：

(1)当

度且当

时，说明ε偏小，则增大当前ε值；并重新执行步骤S200至S1100；

(2)当

度且当

时，说明ε偏大，则减小当前ε值；并重新执行步骤S200至S1100；

(3)当

度时，说明ε合理，则结束计算并且将当前的ε值作为实际焊接时的预置反变形角度。

所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，

所述当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V通过如下基于试验的步骤得到：

S10、针对大厚板窄间隙工件的一个试验板，对该试验板加工单边V型坡口，并检测所述坡口的坡口根部宽度ZMIN和坡口顶部宽度ZMAX；

S20、将待填丝焊接的试验板通过夹具夹紧后放置到惰性气体的气氛中，调整激光扫描焊接头使激光扫描焊接头发出激光光束的轴线与试验板的竖直方向呈第一夹角，同时调节用于填丝的送丝咀使送丝咀与试验板的平面呈第二夹角；

S30、在坡口根部宽度ZMIN和坡口顶部宽度ZMAX二者之间进行由小到大的线性插值，并确定出M个由小到大且单调变化的坡口宽度值Z_m其中，M为自然数，m代表第m层焊接，m的取值为1，2，…，M-l，M，ZMIN≤Z_m≤ZMAX，且Z₁＝ZMIN，Z_M＝ZMAX；

S40、分别在试验板上开M个所述坡口以仿真所有焊接层，其中M个所述坡口的机加工角度一致且也为θ，坡口根部宽度分别为Z₁，Z₂，…，Z_M-1；

S50、对M个所述坡口，进行基于正交试验设计的单层单道激光摆动填丝焊接试验，以确定每个坡口根部宽度值Z_m下无侧壁未熔合缺陷与层间未熔合缺陷的焊接工艺窗口；

S60、基于每个坡口根部宽度值Z_m下的所述焊接工艺窗口，确定所有坡口宽度值下的焊接参数，所述焊接参数包括：摆动频率F、送丝速度R、离焦量f、激光功率P、焊接速度V、以及摆动幅度A，其中，所述焊接参数通过如下原则确定：

对于所有M个坡口，即使坡口从第1个坡口到第m个坡口，虽然Z_m在增大，但始终保持摆动频率F、送丝速度R和离焦量f恒定不变；

从第1个坡口到第m个坡口，随Z_m的增大，激光功率P、焊接速度V、摆动幅度A单调变化，其中，焊接速度V的单调变化趋势与摆动幅度A的单调变化趋势相反；

S70、对于上述公式(1-3)、(1-7)、(1-11)、(1-14)、(1-18)、(1-21)任一公式中的当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V，根据所述公式被运算时的当前层与m的对应关系，通过上述S60所确定的所有坡口宽度值下的焊接参数中，遵循其各个参数的单调变化规律或恒定不变规律，在各个参数的所有值中进行线性插值，直接得到：包括当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V在内的，连同摆动频率F、离焦量f、激光功率P、摆动幅度A一起的所有参数。

所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，

所述激光功率P也可以始终保持恒定。

所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

S1300、对步骤S100至S1200中的任何计算结果和参数均进行保存，实际焊接时的预置反变形角度得到后，一并得到修正后的焊道上表面宽度W_i′和修正后的焊道金属填充高度H_i′。

所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，

所述公式(1-4)可以是如下公式是其他形式的拟合公式：

式中，a，b，c，d，e，f，g，h，j均为公式系数，其由Origin软件或其他类似软件拟合得出。

有益效果

本发明的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，在具迭代计算中考虑了动态焊接变形与合理焊接工艺参数之间的相互影响，能同时兼顾焊接角变形控制和焊接熔合缺陷控制，能够有效解决大厚板焊接过程中预置反变形量确定及每层焊接工艺参数确定的难题，为解决金属厚板多层焊接缺陷与角变形控制难、废品率高问题提供了一种普适的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的针对大厚板窄间隙工件的一个试板，对其设计V型坡口并预设一个焊接前的初始反变形角度ε的示意图；

图2是本发明一个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的根据焊接参数和坡口尺寸形状计算出的焊道上表面宽度及焊缝金属填充高度示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的考虑焊接收缩变形进行修正后的焊道上表面宽度及焊缝金属填充高度示意图；

图4(a)至图4(c)是本发明多个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的坡口根部宽度示意图；

图5是本发明一个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的坡口宽度工件上表面坡口宽度、焊缝上表面出坡口宽度和实际坡口角度随焊缝金属填充高度而变化的实验结果图；

图6是本发明一个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的单道焊缝变形量和多道焊接的累积变形量随焊缝金属填充高度而变化的实验结果图；

图7是本发明一个实施例提供的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法的多道焊接累积变形量的实际测量值和计算值比较示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图7，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中，本发明揭示了一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，包括如下步骤：

一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，包括如下步骤：

S100、针对大厚板窄间隙工件的一个试板，对其设计V型坡口并预设一个焊接前的初始反变形角度ε，同时得到如下各个大于0的已知参数：试板的厚度T、第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁、坡口的机加工角度θ；该步骤S100和S200可参见图1；

S200、根据坡口的机加工角度θ和焊接前的初始反变形角度ε计算第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁，公式如下：

α₁＝θ+ε (1-1)

式中，第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁、坡口的机加工角度θ以及焊接前的初始反变形角度ε的单位均为度；

S300、由于试板的坡口为V型坡口且坡口根部宽度D₁大于0，因此，根据坡口的几何关系得到第一层焊接缝焊后的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的公式如下：

W₁＝2H₁×tan a₁+D₁ (1-2)

式中，第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁和第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁均为已知；

该步骤S300可参见图2；

S400、由于大厚板窄间隙激光填丝焊时的焊丝融化量为填充的焊接缝金属量，因此，进一步得到第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的如下公式：

(D₁+W₁)×H₁×0.5L＝(L×R×S)/V (1-3)

式中，L为焊道长度，单位为毫米；R为当前层的送丝速度，单位为米/分钟；S为焊丝横截面积，单位为平方毫米；V为当前层的焊接速度，单位为厘米/分钟；

其中，当试板和选择的焊丝确定后，由于试板尺寸确定，所以焊道长度L也是选择好的已知常数，焊丝横截面积S也同样为已知常数；当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V以及第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁同样已知；

S500、联立所述步骤S300和S400中的两个公式(1-2)、公式(1-3)，对第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁进行求解；

S600、由于第一层焊接缝焊后，焊接缝区会因为实际的焊接而产生收缩变形，因此，通过步骤S500求解出的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁属于理想值，进一步的，根据实际的焊接而产生的收缩变形修正第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁，修正过程的子步骤如下：

S601、将求解出的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的值，分别作为如下公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i：

Δa_i＝f(H_i，W_i) (1-4)

由于此时i＝1，从而得出第一次焊接后的焊接角变形量Δα₁；i为自然数，其从1开始，表示第i次焊接；

在至少2组关于第i层焊道上表面宽度W_i、第i层焊道金属填充高度H_i、该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i的预先试验数据的支持下，式中f表达式及该表达式中的系数，其由Origin软件或其他类似软件、直接拟合得出；

S602、根据步骤S200计算的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁以及步骤S601所得的Δα₁，进一步得到修正后的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度a₁′：

a₁′＝a₁-Δa₁ (1-5)；

S603、进一步，联立如下公式得到修正后的第一层焊道上表面宽度W₁′和修正后的第一层焊道金属填充高度H₁′：

W₁′＝2H₁′×tan a₁′+D₁ (1-6)

(D₁+W₁′)×H₁′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-7)；

以上步骤S600可参见图3；

S700、针对第二次焊接，由于第二次焊接是在第一次焊接后的基础上，沿V型坡口向上叠加，因此，修正后的第一层焊道上表面宽度W₁′作为第二层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₂，并且，修正后的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度a₁′作为第二层焊接缝焊前的坡口张开角度α₂，于是有如下公式：

D₂＝W₁′ (1-8)

α₂＝a₁′ (1-9)

W₂＝2H₂×tan a₂+D₂ (1-10)

(D₂+W₂)×H₂×0.5L＝(L×R×S)/V (1-11)

从而，通过联立公式(1-10)、(1-11)可求解第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂；

S800、进一步，对第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂进行修正，修正的子步骤如下：

S801、将求解出的第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂，分别作为前述公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i，此时i＝2；

由于此时i＝2，从而得出第二次焊接后的焊接角变形量Δα₂；

S802、根据前述第二层焊接缝焊前的坡口张开角度α₂以及所得的Δα₂，得到修正后的第二层焊接缝焊前的坡口张开角度a₂′：

a₂′＝a₂-Δa₂ (1-12)；

S803、进一步，联立如下公式得到修正后的第二层焊道上表面宽度W₂′和修正后的第二层焊道金属填充高度H₂′：

W₂′＝2H₂′×tan a₂′+D₂ (1-13)

(D₂+W₂′)×H₂′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-14)；

S900、类似的，当i为大于等于3的情形时，针对当前的第i次焊接，由于第i次焊接是在第i次焊接后的基础上，沿V型坡口向上叠加，因此，修正后的第i-1层焊道上表面宽度W_i-1′作为第i层焊接缝焊前的坡口底部宽度D_i，并且，修正后的第i-1层焊接缝焊前的坡口张开角度a_i-1′作为第i层焊接缝焊前的坡口张开角度α_i，于是有如下公式：

D_i＝W_i-1′ (1-15)

α_i＝a_i-1′ (1-16)

W_i＝2H_i×tan a_i+D_i (1-17)

(D_i+W_i)×H_i×0.5L＝(L×R×S)/V (1-18)

从而，通过联立公式(1-17)、(1-18)可求解第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第二层焊道金属填充高度的理论值H_i；

S1000、进一步，对第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第i层焊道金属填充高度的理论值H_i进行修正，修正的子步骤如下：

S1001、将求解出的第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第i层焊道金属填充高度的理论值Hi，分别作为前述公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i；

S1002、根据前述第i层焊接缝焊前的坡口张开角度α_i以及所得的Δα_i，得到修正后的第i层焊接缝焊前的坡口张开角度a_i′：

a_i′＝a_i-Δa_i (1-19)；

S1003、进一步，联立如下公式得到修正后的第i层焊道上表面宽度W_i′和修正后的第i层焊道金属填充高度H_i′：

W_i′＝2H_i′×tan a_i′+D_i (1-20)

(D_i+W_i′)×H_i′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-21)；

S1100、i不断以加1的方式递增，以试板的厚度作为约束条件，直至确定需要焊接的总层数N，其中，超出该总层数N则表示焊道金属填充的总高度超出试板的厚度；并，据此进一步确定所有的坡口张开角度之和为：

S1200、比较所有的坡口张开角度之和

与当前ε值的大小关系，且：

(1)当

度且当

时，说明ε偏小，则增大当前ε值；并重新执行步骤S200至S1100；

(2)当

度且当

时，说明ε偏大，则减小当前ε值；并重新执行步骤S200至S1100；

(3)当

度时，说明ε合理，则结束计算并且将当前的ε值作为实际焊接时的预置反变形角度。

对于上述实施例而言，其反映了本发明的如下技术构思：逐层的利用各层焊接参数、焊道尺寸和坡口张开角度和初始反变形角度ε，最终确定出每一层焊道的焊接参数及实际焊接时的预置反变形角度，其中，通过比较所有的坡口张开角度之和

与当前ε，即比较累计角变形与当前ε来决定是否增大或减小当前ε并重新开始逐层计算，直至累计角变形与当前ε极其接近：即

度时，说明ε合理，则结束计算并且将当前的ε值作为实际焊接时的预置反变形角度。

在另一个实施例中，

所述当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V通过如下基于试验的步骤得到：

S10、针对大厚板窄间隙工件的一个试验板，对该试验板加工单边V型坡口，并检测所述坡口的坡口根部宽度ZMIN和坡口顶部宽度ZMAX；

S20、将待填丝焊接的试验板通过夹具夹紧后放置到惰性气体的气氛中，调整激光扫描焊接头使激光扫描焊接头发出激光光束的轴线与试验板的竖直方向呈第一夹角，同时调节用于填丝的送丝咀使送丝咀与试验板的平面呈第二夹角；

S30、在坡口根部宽度ZMIN和坡口顶部宽度ZMAX二者之间进行由小到大的线性插值，并确定出M个由小到大且单调变化的坡口宽度值Z_m其中，M为自然数，m代表第m层焊接，m的取值为1，2，…，M-1，M，ZMIN≤Z_m≤ZMAX，且Z₁＝ZMIN，Z_M＝ZMAX；

S40、分别在试验板上开M个所述坡口以仿真所有焊接层，其中M个所述坡口的机加工角度一致且也为θ，坡口根部宽度分别为Z₁，Z₂，…，Z_M-1；

S50、对M个所述坡口，进行基于正交试验设计的单层单道激光摆动填丝焊接试验，以确定每个坡口根部宽度值Z_m下无侧壁未熔合缺陷与层间未熔合缺陷的焊接工艺窗口；

S60、基于每个坡口根部宽度值Z_m下的所述焊接工艺窗口，确定所有坡口宽度值下的焊接参数，所述焊接参数包括：摆动频率F、送丝速度R、离焦量f、激光功率P、焊接速度V、以及摆动幅度A，其中，所述焊接参数通过如下原则确定：

对于所有M个坡口，即使坡口从第1个坡口到第m个坡口，虽然Z_m在增大，但始终保持摆动频率F、送丝速度R和离焦量f恒定不变；

从第1个坡口到第m个坡口，随Z_m的增大，激光功率P、焊接速度V、摆动幅度A单调变化，其中，焊接速度V的单调变化趋势与摆动幅度A的单调变化趋势相反；

S70、对于上述公式(1-3)、(1-7)、(1-11)、(1-14)、(1-18)、(1-21)任一公式中的当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V，根据所述公式被运算时的当前层与m的对应关系，通过上述S60所确定的所有坡口宽度值下的焊接参数中，遵循其各个参数的单调变化规律或恒定不变规律，在各个参数的所有值中进行线性插值，直接得到：包括当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V在内的，连同摆动频率F、离焦量f、激光功率P、摆动幅度A一起的所有参数。

示例性的，对于上述实施例，有如下具体参数的示例性描述：

(1)所述坡口根部宽度为2mm-4mm；

(2)所述坡口顶部宽度满足如下条件：当试验板的厚度小于80mm时，试验板上表面处的坡口宽度不超过8mm；当试验板的厚度在80mm-160mm时，试验板上表面处的坡口宽度不超过12mm。

示例性的，在另一个实施例中，

对一个选定的坡口及其尺寸，假设机加工角度θ一定且符合实际焊接时坡口的机加工角度，坡口根部宽度和顶部宽度分别为4mm、8mm，然后在二者之间进行线性插值，确定出3个单调变化的宽度值4mm，6mm，8mm。采用确定出的3个宽度值：4mm，6mm，8mm，分别在试验板这一平板上开相应尺寸坡口进行基于正交试验设计的单层单道激光摆动填丝焊接试验，确定出每个坡口宽度值下成形良好、无侧壁未熔合与层间未熔合缺陷的焊接工艺窗口。假设综合考虑不同坡口宽度下的焊接工艺窗口，最终确定出3个坡口根部宽度值(4mm，6mm，8mm)各自对应的焊接参数为：(P＝4000W，f＝+28mm，V＝30cm/min，R＝3.6m/min，A＝1.2mm，F＝100Hz)、(P＝4000W，f＝+28mm，V＝24cm/min，R＝3.6m/min，A＝4.8mm，F＝100Hz)、(P＝4000W，f＝+28mm，V＝15cm/min，R＝3.6m/min，A＝7.8mm，F＝100Hz)；所述焊接参数满足下述条件：随坡口宽度的增大，激光功率P、焊接速度V、摆动幅度A单调变化；随坡口宽度的增大，摆动频率F、送丝速度R和离焦量f保持恒定不变，具体参见表1：

其中，摆动频率F、送丝速度R和离焦量f直接采用试验中确定出的恒定值。

能够发现，此类试验具备普适性，该实施例仅仅是一个示例而已。该实施例中，激光功率P本身也恒定不变，这可以理解为单调变化的一种特殊情况。其中，该实施例中，试样编号(a)至(c)代表了第一层至第3层焊接。

在另一个实施例中，

单调变化的坡口根部宽度值线性递增，相邻坡口根部宽度值之间的差值为2±0.2mm。

在另一个实施例中，

所述公式(1-4)可以是如下公式是其他形式的拟合公式：

式中，a，b，c，d，e，f，g，h，j均为公式系数，其由Origin软件或其他类似软件拟合得出。能够理解，假设上述公式对应一条曲线，而曲线上至少有2个点，因此，至少能够通过2组试验的数据，拟合出上述公式；自然的，由于a，b，c，d，e，f，g，h，j涉及9个系数，9组试验的数据，将能够联立9个方程，从而拟合的更好。试验，可参考前文的关于求取表1中各项参数的试验，只不过关注的点在于：第i层焊道上表面宽度W_i、第i层焊道金属填充高度H_i、该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i。

在另一个实施例中，

根据实际工况需要，选择好相应板厚(例如80mm厚)的工件试样板，然后选取3种不同的反变形角度，然后进行焊接试验，其中，示例性的：例如反变形3°、反变形为4.5°、反变形6°；需要说明的是，选择反变形角度时，尽量包含明显过大反变形角度α₁、明显过小反变形角度α₂、中间反变形角度，其中，中间反变形角度可取为α₁和α₂的平均值；

例如，此处分别取反变形角度为3°、4.5°和6°条件下进行焊接，每层焊道焊接前检测坡口根部宽度值DD，然后结合前文表1的实施例所揭示的试验方法、基于线性插值确定具体焊接参数，并采用该参数进行焊接；假设焊接完后的接头总宽度50mm，且能够得到每层焊道焊接后检测焊缝金属填充高度HH、已有焊道上表面宽度WW、收缩变形后的工件上表面坡口宽度WWT；利用这些数据可以拟合出该80mm厚板第i层焊道上表面宽度W_i、第i层焊道金属填充高度H_i、该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i的公式(1-4)。

在另一个实施例中，

当前述ε最终确定，各层的焊接参数等随之确定后，对一个选定的坡口及其尺寸，假设机加工角度依然是θ：

确定出几个单调变化的宽度值D01，D02，…，Dn，…(相邻宽度值之间的差值为2±0.2mm，D01≤MIN＜D02＜...＜Dn＜...≤MAX≤…，备注：与前述表1的实施例相比，所有单调变化的坡口根部宽度值中，最小值可以小于MIN值，最大值可以大于MAX值，其中MIN和MAX分别代表该实施例中的坡口根部宽度和坡口顶部宽度)；

采用确定出的几个坡口根部宽度值(D01，D02，…，Dn，…)，分别在多个试样板上开坡口仿真各个层，并进行基于正交试验设计的单层单道激光摆动填丝焊接试验，确定出每个坡口宽度值下成形良好、无侧壁未熔合与层间未熔合缺陷的焊接工艺窗口；

综合考虑不同坡口宽度下的焊接工艺窗口，确定出每个坡口宽度值下的优化焊接参数：(P01，V01，A01，F01，R01，f01)，(P02，V02，A02，F02，R02，f02)，…，(Pn，Vn，An，Fn，Rn，fn)，…；并且满足P01≤P02≤...≤Pn≤...，V01≥V02≥...≥Vn≥...，A01≤A02≤...≤An≤…，即随坡口宽度的增大，激光功率P、焊接速度V、摆动幅度A单调变化；F01＝F02＝…＝Fn＝…，R01＝R02＝…＝Rn＝…，f01＝f02＝…＝fn＝…，即随坡口宽度的增大，摆动频率F、送丝速度R和离焦量f保持恒定不变；

在该实施例的实际焊接过程中，每次焊接前检测填充金属上表面处坡口宽度值DW，然后在单调变化的参数中找到与实测宽度DW相邻且已知优化焊接参数的坡口根部宽度的某两个值Di，Dj，其中，Di≤DW≤Dj；或者，找到对应的层从而找到对应的有关参数的相邻两个值；

然后焊接功率P、焊接速度V、摆动幅度A分别在表格中该行相应的Pi～Pj，Vi～Vj和Ai～Aj之间线性插值获得；同时，该次焊接的摆动频率F、送丝速度R和离焦量f直接采用试验所得出的表1中的相应的恒定值。

比如，假设当填充金属上表面宽度DW＝5mm时，利用DW＝4mm和DW＝6mm两组焊接参数线性插值得到如下焊接参数：P＝4000W，f＝+28mm，V＝27cm/min，R＝3.6m/min，A＝3mm，F＝100Hz。

在另一个实施例中，

所述方法还包括如下步骤：

S1300、对步骤S100至S1200中的任何计算结果和参数均进行保存，实际焊接时的预置反变形角度得到后，一并得到修正后的焊道上表面宽度W_i′和修正后的焊道金属填充高度H_i′。

在另一个实施例中，

当前述ε最终确定，各层的焊接参数等随之确定后，对一个选定的坡口及其尺寸，假设机加工角度依然是θ：

每当焊接一层后，根据历次焊缝金属填充总高度、当前焊缝上表面宽度和工件上表面坡口宽度测量结果，可以得到对应的焊接后的实际坡口张开角度α，单位为度；

式中，h表示试板的坡口钝边高度，参见图1所示；H表示历次焊缝金属填充总高度测量结果；WT表示工件上表面坡口宽度测量结果；W表示当前焊缝上表面宽度；以上高度、宽度等单位均为毫米；其中，当工件试板及坡口尺寸确定后，试板厚度T、坡口钝边高度h均为恒定常数，每焊接一层都不影响上述公式中对T、h。此外，WT、W作为测量结果，也是每次计算上述公式(1-22)时已知的参数。

更进一步的，在另一个实施例中，

通过计算每道焊缝焊后的实际坡口张开角度α，可以进一步得到实际焊接导致的单道焊缝坡口收缩量Δa_p和实际焊接导致的坡口累积变形量∑Δa：

Δa_p＝a_p+1-a_p (1-23)

式中，p从1取值到Q，总计Q层焊接层。

在另一个实施例中，

工件的材质为低碳钢、高强钢、不锈钢、钛合金、铝合金。

在另一个实施例中，

工件的厚度为15mm-140mm，宽度不小于50mm。

在另一个实施例中，

工件的试板或试样板的厚度范围为15mm-140mm。

在另一个实施例中，

试验或实际焊接时，对坡口处进行去毛刺、清除油污和晾干等预处理。例如，预处理具体包括砂纸打磨待焊接区域以去毛刺、丙酮擦洗以清除油污和晾干等。

在一个实施例中，

焊接设备为IPG YLS-4000多模光纤激光器，焊接头为普雷茨特Scan TranckerYW52摆动焊接头；

将待填丝焊接的试板通过夹具夹紧，再将待填丝焊接的试板放置到惰性气体氩气气氛中，然后再调整激光扫描焊接头，使激光扫描焊接头发出激光光束前倾、且激光束轴线与竖直方向的夹角为第一夹角为5°，同时调节送丝咀，使送丝咀与试板平面的夹角为45°，焊丝牌号为H08MnA，焊丝直径1.0mm；惰性气体为纯度为99.999％的氩气，惰性气体的流量为30L/min。

在另一个实施例中，

焊接头激光扫描的方式为横向扫描。

在另一个实施例中，

试样板或试板的坡口可通过在整块小试板铣削出一个V形槽的形式加工完成，焊接则在V形槽的整块试板上进行。如此，免除了装配和组对，避免了装配间隙和错边量等对实验结果的影响。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S100、针对大厚板窄间隙工件的一个试板，对其设计V型坡口并预设一个焊接前的初始反变形角度ε，同时得到如下各个大于0的已知参数：试板的厚度T、第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁、坡口的机加工角度θ；

S200、根据坡口的机加工角度θ和焊接前的初始反变形角度ε计算第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁，公式如下：

α₁＝θ+ε (1-1)

式中，第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁、坡口的机加工角度θ以及焊接前的初始反变形角度ε的单位均为度；

S300、由于试板的坡口为V型坡口且坡口根部宽度D₁大于0，因此，根据坡口的几何关系得到第一层焊接缝焊后的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的公式如下：

W₁＝2H₁×tana₁+D₁ (1-2)

式中，第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁和第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁均为已知；

S400、由于大厚板窄间隙激光填丝焊时的焊丝融化量为填充的焊接缝金属量，因此，进一步得到第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的如下公式：

(D₁+W₁₁)×H₁×0.5L＝(L×R×S)/V (1-3)

式中，L为焊道长度，单位为毫米；R为当前层的送丝速度，单位为米/分钟；S为焊丝横截面积，单位为平方毫米；V为当前层的焊接速度，单位为厘米/分钟；

其中，当试板和选择的焊丝确定后，由于试板尺寸确定，所以焊道长度L也是选择好的已知常数，焊丝横截面积S也同样为已知常数；当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V以及第一层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₁同样已知；

S500、联立所述步骤S300和S400中的两个公式(1-2)、公式(1-3)，对第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁进行求解；

S600、由于第一层焊接缝焊后，焊接缝区会因为实际的焊接而产生收缩变形，因此，通过步骤S500求解出的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁属于理想值，进一步的，根据实际的焊接而产生的收缩变形修正第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁，修正过程的子步骤如下：

S601、将求解出的第一层焊道上表面宽度的理论值W₁与第一层焊道金属填充高度的理论值H₁的值，分别作为如下公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i：

Δα_i＝f(H_i，W_i) (1-4)

由于此时i＝1，从而得出第一次焊接后的焊接角变形量Δα₁；i为自然数，其从1开始，表示第i次焊接；

在至少2组关于第i层焊道上表面宽度W_i、第i层焊道金属填充高度Hi、该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i的预先试验数据的支持下，式中f表达式及该表达式中的系数，其由Origin软件或其他类似软件、直接拟合得出；

S602、根据步骤S200计算的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度α₁以及步骤S601所得的Δα₁，进一步得到修正后的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度a₁′：

a₁′＝a₁-Δa₁ (1-5)；

S603、进一步，联立如下公式得到修正后的第一层焊道上表面宽度W₁′和修正后的第一层焊道金属填充高度H₁′：

W₁′＝2H₁′×tana₁′+D₁ (1-6)

(D₁+W₁′)×H₁′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-7)；

S700、针对第二次焊接，由于第二次焊接是在第一次焊接后的基础上，沿V型坡口同上叠加，因此，修正后的第一层焊道上表面宽度W₁′作为第二层焊接缝焊前的坡口底部宽度D₂，并且，修正后的第一层焊接缝焊前的坡口张开角度a₁′作为第二层焊接缝焊前的坡口张开角度α₂，于是有如下公式：

D₂＝W₁′ (1-8)

α₂＝a₁′ (1-9)

W₂＝2H₂×tan a₂+D₂ (1-10)

(D₂+W₂)×H₂×0.5L＝(L×R×S)/V (1-11)

从而，通过联立公式(1-10)、(1-11)可求解第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂；

S800、进一步，对第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂进行修正，修正的子步骤如下：

S801、将求解出的第二层焊道上表面宽度的理论值W₂与第二层焊道金属填充高度的理论值H₂，分别作为前述公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i，此时i＝2；

由于此时i＝2，从而得出第二次焊接后的焊接角变形量Δα₂；

S802、根据前述第二层焊接缝焊前的坡口张开角度α₂以及所得的Δα₂，得到修正后的第二层焊接缝焊前的坡口张开角度a₂′：

a₂′＝a₂-Δa₂ (1-12)；

S803、进一步，联立如下公式得到修正后的第二层焊道上表面宽度W₂′和修正后的第二层焊道金属填充高度H₂′：

W₂′＝2H₂′×tan a₂′+D₂ (1-13)

(D₂+W₂′)×H₂′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-14)；

S900、类似的，当i为大于等于3的情形时，针对当前的第i次焊接，由于第i次焊接是在第i次焊接后的基础上，沿V型坡口向上叠加，因此，修正后的第i-1层焊道上表面宽度W_i-1′作为第i层焊接缝焊前的坡口底部宽度D_i，并且，修正后的第i-1层焊接缝焊前的坡口张开角度a_i-1′作为第i层焊接缝焊前的坡口张开角度α_i，于是有如下公式：

D_i＝W_i-1′ (1-15)

α_i＝a_i-1′ (1-16)

W_i＝2H_i×tan a_i+D_i (1-17)

(D_i+W_i)×H_i×0.5L＝(L×R×S)/V (1-18)

从而，通过联立公式(1-17)、(1-18)可求解第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第二层焊道金属填充高度的理论值H_i；

S1000、进一步，对第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第i层焊道金属填充高度的理论值H_i进行修正，修正的子步骤如下：

S1001、将求解出的第i层焊道上表面宽度的理论值W_i与第i层焊道金属填充高度的理论值H_i，分别作为前述公式(1-4)中的第i层焊道上表面宽度W_i与第i层焊道金属填充高度H_i代入，求解该第i次焊接导致的坡口角度变形量Δα_i；

S1002、根据前述第i层焊接缝焊前的坡口张开角度α_i以及所得的Δα_i，得到修正后的第i层焊接缝焊前的坡口张开角度a_i′：

a_i′＝a_i-Δa_i (1-19)；

S1003、进一步，联立如下公式得到修正后的第i层焊道上表面宽度W_i′和修正后的第i层焊道金属填充高度H_i′：

W_i′＝2H_i′×tan α_i′+D_i (1-20)

(D_i+W_i′)×H_i′×0.5L＝(L×R×S)/V (1-21)；

S1100、i不断以加1的方式递增，以试板的厚度作为约束条件，直至确定需要焊接的总层数N，其中，超出该总层数N则表示焊道金属填充的总高度超出试板的厚度；并，据此进一步确定所有的坡口张开角度之和为：

S1200、比较所有的坡口张开角度之和

与当前ε值的大小关系，且：

(1)当

度且当

时，说明ε偏小，则增大当前ε值；并重新执行步骤S200至S1100；

(2)当

度且当

时，说明ε偏大，则减小当前ε值；并重新执行步骤S200至S1100；

(3)当

度时，说明ε合理，则结束计算并且将当前的ε值作为实际焊接时的预置反变形角度。

2.根据权利要求1所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，优选的，

所述当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V通过如下基于试验的步骤得到：

S10、针对大厚板窄间隙工件的一个试验板，对该试验板加工单边V型坡口，并检测所述坡口的坡口根部宽度ZMIN和坡口顶部宽度ZMAX；

S20、将待填丝焊接的试验板通过夹具夹紧后放置到惰性气体的气氛中，调整激光扫描焊接头使激光扫描焊接头发出激光光束的轴线与试验板的竖直方向呈第一夹角，同时调节用于填丝的送丝咀使送丝咀与试验板的平面呈第二夹角；

S30、在坡口根部宽度ZMIN和坡口顶部宽度ZMAX二者之间进行由小到大的线性插值，并确定出M个由小到大且单调变化的坡口宽度值Z_m其中，M为自然数，m代表第m层焊接，m的取值为1，2，…，M-1，M，ZMIN≤Z_m≤ZMAX，且Z₁＝ZMIN，Z_M＝ZMAX；

S40、分别在试验板上开M个所述坡口以仿真所有焊接层，其中M个所述坡口的机加工角度一致且也为θ，坡口根部宽度分别为Z₁，Z₂，…，Z_M-1；

S50、对M个所述坡口，进行基于正交试验设计的单层单道激光摆动填丝焊接试验，以确定每个坡口根部宽度值Z_m下无侧壁未熔合缺陷与层间未熔合缺陷的焊接工艺窗口；

S60、基于每个坡口根部宽度值Z_m下的所述焊接工艺窗口，确定所有坡口宽度值下的焊接参数，所述焊接参数包括：摆动频率F、送丝速度R、离焦量f、激光功率P、焊接速度V、以及摆动幅度A，其中，所述焊接参数通过如下原则确定：

对于所有M个坡口，即使坡口从第1个坡口到第m个坡口，虽然Z_m在增大，但始终保持摆动频率F、送丝速度R和离焦量f恒定不变；

从第1个坡口到第m个坡口，随Z_m的增大，激光功率P、焊接速度V、摆动幅度A单调变化，其中，焊接速度V的单调变化趋势与摆动幅度A的单调变化趋势相反；

S70、对于上述公式(1-3)、(1-7)、(1-11)、(1-14)、(1-18)、(1-21)任一公式中的当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V，根据所述公式被运算时的当前层与m的对应关系，通过上述S60所确定的所有坡口宽度值下的焊接参数中，遵循其各个参数的单调变化规律或恒定不变规律，在各个参数的所有值中进行线性插值，直接得到：包括当前层的送丝速度R和当前层的焊接速度V在内的，连同摆动频率F、离焦量f、激光功率P、摆动幅度A一起的所有参数。

3.根据权利要求2所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，

所述激光功率P也可以始终保持恒定。

4.根据权利要求2所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

S1300、对步骤S100至S1200中的任何计算结果和参数均进行保存，实际焊接时的预置反变形角度得到后，一并得到修正后的焊道上表面宽度W_i′和修正后的焊道金属填充高度H_i′。

5.根据权利要求1所述的一种大厚板窄间隙激光填丝焊成形质量的控制方法，其特征在于，所述公式(1-4)可以是如下公式是其他形式的拟合公式：

式中，a，b，c，d，e，f，g，h，j均为公式系数，其由Origin软件或其他类似软件拟合得出。

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