一种钢/铝激光焊接的工艺优化方法

摘要

本发明公开了一种钢/铝激光焊接的工艺优化方法，采用有限元分析软件SYSWELD对钢/铝激光焊接过程进行模拟仿真，获得了钢/铝异种金属激光焊接温度场分布云图、熔深及熔宽。利用田口实验‑响应面法建立起各个激光工艺参数与熔深和熔宽之间的映射关系，从而对不同工艺参数下熔深和熔宽进行预测，在综合考虑焊缝成形性良好的条件下得到理想的焊缝熔深，进而得到较优的激光焊接工艺参数，本发明应用于钢/铝激光焊接工艺参数的选取，克服了钢/铝激光焊接工艺参数必须凭借工人丰富的经验和大量的实验来选取的困难，进而节省了大量的时间和耗材，使工艺参数的选择更加简单可靠，提高了生产效率，节约了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种钢/铝激光焊接的工艺优化方法。

背景技术

车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用，是提高汽车燃油经济性、降低有害排放最为有效的手段之一。而钢/铝混合材料车身采取材料替换与结构改进相结合的方法，完全符合车身轻量化的发展技术路线。但是其应用目前还处于起步阶段，钢/铝激光焊接是一个极其复杂的过程，目前对于钢/铝焊接质量的评定没有统一的规定，并且衡量焊缝质量的参数有很多，熔深和熔宽等都是衡量焊缝质量的重要参数，然而各个工艺参数对熔深和熔宽又有着极其重要的影响，但是钢/铝激光焊接过程中很难同时直接给出工艺参数与熔深和熔宽之间的关系，所以就大大增加了钢/铝激光焊接工艺制定的难度。

因此有必要通过计算机技术来优化钢/铝激光焊接的工艺，提高焊接质量。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种焊接效率高效的钢/铝激光焊接的工艺优化方法，本方法基于计算机仿真分析，采用田口试验-响应面法方法与数值模拟技术相结合，实现了优化过程的自动化及效率，节省试验成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案是一种钢/铝激光焊接的工艺优化方法，其特征在于：采用有限元分析和田口试验-响应面法的结合得到钢铝激光焊接的熔池熔深和熔宽的预测模型，得到的多项式回归方程用来预测不同条件下钢/铝激光焊接的熔池熔深和熔宽，具体包括以下步骤：

(1)选用L₁₆(4⁵)正交表设计试验方案，并以熔池熔深和熔宽为指标，选取激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体流量焊接工艺参数为影响因素；

(2)利用步骤(1)中的正交表进行实验模拟，采用有限元分析软件SYSWELD进行不同工艺参数条件下的钢/铝激光焊接的模拟仿真，计算焊缝的熔深和熔宽，记录结果数据；

(3)利用步骤(2)所得的实验数据，采用响应面法建立起激光工艺参数和熔池熔深、熔宽之间的多项式方程；

(4)利用步骤(3)建立的多项式方程进行钢/铝激光焊接熔深、熔宽的预测，从而指导并优化焊接工艺参数。

进一步设置是步骤(3)所述的多项式方程采用以下激光焊接工艺参数：焊接功率1300～1400w、焊接速度25～40mm/s、离焦量-2～1mm、保护气体流量25～40min/L。

此外，进一步地，步骤(1)所述的钢/铝激光焊接正交实验中各工艺参数在常用的工艺范围之内。

进一步地，步骤(2)所述的钢/铝激光焊接的模拟仿真所采用的工艺参数及范围与步骤(1)所述一致。

进一步地，步骤(3)所述的激光工艺参数和熔池熔深、熔宽之间的多项式方程需经方差检验，该方程显著，具有统计意义。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种更加高效率的钢/铝激光焊接的性能优化方法，采用有限元软件模拟仿真和田口试验-响应面法方法相结合，计算速度较快，比较准确的进行了钢/铝焊接过程的模拟，大大节约了试验成本和时间，并且拟合出来的回归方程预测精度高，利用得到的响应面能够迅速的求解出使钢/铝焊接接头的熔深和熔宽，从而得到最优的焊接接头，适合于钢/铝激光焊接工艺参数的制定和优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明一种钢/铝激光焊接的工艺优化方法流程图。

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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1所示，为本发明实施例中，下面以钢/铝激光焊接为例说明本方法的具体实施方案：

(1)选用L₁₆(4⁵)正交表设计试验方案，并以熔池熔深和熔宽为指标，选取激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体流量焊接工艺参数为影响因素。

(2)通过有限元分析软件SYSWELD并进行焊接过程的模拟，通过软件自带的热源校核功能来改变激光焊接的各个工艺参数来获得不同的熔池形状，从而得出各个工艺参数下对应的熔深和熔宽，要求各个工艺参数在常用的工艺范围内，收集实验结果数据。

(3)由上述模拟实验收集的结果数据，建立起钢/铝激光焊接工艺参数

与熔深和熔宽之间的多项式方程。

(4)利用Design-Expert软件对建立起的多目标回归方程进行方差分析并检验，对钢/铝激光焊接的熔深和熔宽的进行预测，在制定焊接工艺时只需输入焊接工艺参数，可以直接预测出钢/铝激光焊接的熔深和熔宽，同时，利用Design-Expert软件还能对模型进行反预测，设定熔深和熔宽的目标值能够反求出需要输入的焊接工艺参数，从而高效迅速的来设计和制定焊接工艺。

仿真实验的情况如下：

(1)试样尺寸：钢100×50×1mm，铝100×50×1mm；

(2)焊接方法：钢板在上，铝板在下，采用搭接的形式；

(3)工艺参数：焊接功率1300～1400w、焊接速度25～40mm/s、离焦量-2～1mm、保护气体流量25～40min/L；

(4)实验内容：测得不同工艺参数下的钢/铝焊接接头的熔深和熔宽；

(5)实验结果：实验数据记录如表1，预测值与仿真值对比如表2；

表1实验数据记录表

表2焊接仿真值与预测值对比

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。