【技术实现步骤摘要】
本申请涉及焊接过程分析领域，尤其涉及一种应用于激光深熔焊的焊接方法和装置。
技术介绍
1、焊接作为汽车、航空航天、船舶和微电子行业中最重要的基础技术被广泛应用。在焊接方法中，与气焊和弧焊相比，激光深熔焊具有焊缝深宽比大、热影响区小、变形不明显及焊接质量稳定等优势。而在激光深熔焊中，热源模型作为预测熔焊过程中熔池行为的关键模型，其准确性直接影响焊接的质量。
2、在现有技术中，以往使用高斯热源和双椭球热源等尺寸固定的体积类热源模型，这些模型对于弧焊等自由表面变化很小的焊接方式适用性很高。但在激光深熔焊过程中，匙孔的形成会导致自由表面的变化，若使用双椭球热源等热源模型模拟熔焊，会发生匙孔中心没有材料而无法施加能量的问题，因而输入到基板材料中的热量偏低，熔合线偏小，从而熔焊模拟精度不足，进而导致焊接失准，熔焊精度下降。该问题的解决办法之一是使用光线追踪算法，模拟激光在匙孔的反射过程从而将能量施加至匙孔中心，以解决基板材料热量偏低导致熔合线偏小的问题。但光线追踪算法实现难度大，计算要求高，并不具有简单高效和广泛适用性。因此，在激光深熔焊时，如何选择更适配的热源模型进行熔焊模拟以辅助焊接从而提高焊接精度的技术问题仍亟待解决。
技术实现思路
1、本申请提供了一种应用于激光深熔焊的焊接方法和装置，以解决现有技术热源模型不适用于激光深熔焊导致焊接精度低的技术问题。
2、根据本申请实施方式的第一方面，提供一种应用于激光深熔焊的焊接方法，包括：
3、将激光深熔焊的焊接
4、将所述焊接过程中激光束对匙孔底部的菲涅尔吸收作用等效为匙孔底部的半椭球热源，以获取第一等效能量；
5、将所述焊接过程中高温羽辉对匙孔壁的辐射作用等效为圆环体热源，以获取第二等效能量；
6、根据所述多相流模型、所述第一等效能量和所述第二等效能量，获取约束方程组；其中，所述约束方程组包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程；
7、根据所述焊接参数，求解所述约束方程组得到求解结果，并根据所述求解结果对所述焊材进行焊接。
8、本申请先将激光深熔焊的焊接过程等效为固液两相的传热-流动过程并根据焊材的焊接参数构建多相流模型，充分考虑了激光深熔焊的实际焊接过程，使建立的多相流模型更准确；进而将焊接过程中激光束对匙孔底部的菲涅尔吸收作用等效为匙孔底部的半椭球热源和将高温羽辉对匙孔壁的辐射作用等效为圆环体热源，并获取第一等效能量与第二等效能量，与现有技术相比，本申请并未使用单一的体积类热源模型，而是对焊接过程中激光束的不同吸收作用应用了不同的等效热源模型，亦无需通过光线追踪算法施加额外能量，从而更适配于激光深熔焊的焊接过程，能够提高焊接精度；再根据多相流模型、第一等效能量和第二等效能量构建约束方程组，求解约束方程组得到求解结果，这样构建的约束方程组更精确，更符合激光深熔焊的焊接过程，从而在根据求解结果对焊材进行焊接时提高焊接精度。
9、在本申请的某些实施方式中，所述获取第一等效能量，具体包括：
10、所述第一等效能量，具体为：
11、qu＝qexp(-fu*hf)；
12、其中，qu为第一等效能量，q为激光束的总能量，fu为菲涅尔吸收系数，hf为匙孔底部与基板上表面的距离；
13、其中，第一等效能量的能量密度符合高斯分布；所述第一等效能量在高斯分布内部任意一点pu(xu，yu，zu)的能量密度，具体为：
14、
15、其中，a，c为等效半椭球热源在径向和轴向上的分布参数，为点pu与匙孔底部的中心点的径向距离，v为焊接速度，t为焊接时间，x0，y0，z0为匙孔底部的中心点的x轴、y轴和z轴坐标。
16、本申请先将激光束对匙孔底部的菲涅尔吸收作用等效为匙孔底部的半椭球热源，然后根据激光束的总能量和匙孔底部与基板上表面的距离计算第一等效能量，并确定第一等效能量的能量密度分布，能够更精确地计算第一等效能量，进而更适配于激光深熔焊的焊接过程，从而提高焊接精度。
17、在本申请的某些实施方式中，所述获取第二等效能量，具体包括：
18、所述第二等效能量，具体为：
19、qd＝fdq(1-exp(-fu*hf))；
20、其中，qd为第二等效能量，q为激光束的总能量，fd为辐射吸收系数，fu为菲涅尔吸收系数，hf为匙孔底部与基板上表面的距离；
21、其中，所述第二等效能量的能量密度以匙孔底部的中心点为中心沿匙孔径向方向符合高斯分布，并沿匙孔轴向方向线性衰减至匙孔底部；所述第二等效能量在高斯分布内部任意一点pd(xd，yd，zd)的能量密度，具体为：
22、
23、其中，为最大能量密度，r0为匙孔半径，为点pd与匙孔底部的中心点的径向距离，v为焊接速度，t为焊接时间，x0，y0为匙孔底部的中心点的x轴、y轴坐标，k为等效圆环体热源拟合参数。
24、本申请先将高温羽辉对匙孔壁的辐射作用等效为圆环体热源，然后根据激光束的总能量和匙孔底部与基板上表面的距离计算第二等效能量，并确定第二等效能量的能量密度分布，能够更精确地计算第二等效能量，进而更适配于激光深熔焊的焊接过程，从而提高焊接精度。
25、在本申请的某些实施方式中，所述根据所述多相流模型、所述第一等效能量和所述第二等效能量，获取约束方程组，具体包括：
26、根据所述多相流模型和所述焊接参数，构建质量守恒方程；
27、根据所述多相流模型、所述焊接参数和预设作用力组，构建动量守恒方程；
28、根据所述多相流模型、所述焊接参数、所述第一等效能量和所述第二等效能量，构建能量守恒方程；
29、根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程和所述能量守恒方程，构建约束方程组。
30、本申请先根据多相流模型和焊接参数，构建质量守恒方程，并由预设作用力组构建动量守恒方程，再根据第一等效能量和第二等效能量构建能量守恒方程，进而构建约束方程组，能够充分考虑三大守恒方程受激光束的不同吸收作用下的不同等效热源模型的影响，使约束方程组更精确，更符合激光深熔焊的焊接过程，从而提高对焊材进行焊接时的焊接精度。
31、在本申请的某些实施方式中，所述根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程和所述能量守恒方程，构建约束方程组，具体包括：
32、所述约束方程组，具体为：
33、
34、其中，xi，xj(i＝1，2，3；j＝1，2，3)均表示x，y，z轴的分量，t表示求解时间，ρ为基板的密度，ui，uj表示熔池中液态金属的速度沿坐标轴的分量，p表示液态金属的内部压力，τij表示自由表面切应力，gi表示重力加速度沿坐标轴的分量，k为基板的热传导系数，cp为基板的定压比热容，t表示求解域的温度，sm为质量，fi为沿坐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述获取第一等效能量，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述获取第二等效能量，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述根据所述多相流模型、所述第一等效能量和所述第二等效能量，获取约束方程组，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程和所述能量守恒方程，构建约束方程组，具体包括：
6.一种应用于激光深熔焊的焊接装置，其特征在于，包括等效模型构建模块、第一能量获取模块、第二能量获取模块、约束方程组获取模块和约束求解焊接模块；
7.根据权利要求6所述的一种应用于激光深熔焊的焊接装置，其特征在于，所述第一能量获取模块在获取第一等效能量时，具体包括：
8.根据权利要求6所述的一种应用于激光深熔焊的焊接装置，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的一种应用于激光深熔焊的焊接装置，其特征在于，所述约束方程组获取模块包括质量守恒约束单元、动量守恒约束单元、能量守恒约束单元和约束方程组构建单元；
10.根据权利要求9所述的一种应用于激光深熔焊的焊接装置，其特征在于，所述约束方程组构建单元在根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程和所述能量守恒方程，构建约束方程组时，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述获取第一等效能量，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述获取第二等效能量，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述根据所述多相流模型、所述第一等效能量和所述第二等效能量，获取约束方程组，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种应用于激光深熔焊的焊接方法，其特征在于，所述根据所述质量守恒方程、所述动量守恒方程和所述能量守恒方程，构建约束方程组，具体包括：
6.一种应用于激光深熔焊的焊接装置，其特征在于，包括等效模型构建模块、第一能量...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨茂鸿，蔡得涛，房卫萍，罗子艺，高世一，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：
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