(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211158538.6 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 山东大学 地址 250100 山东省济南市山大南路27号 (72)发明人 张承瑞　尹贻生　姚良振　屈梁成　 周立涛　 (74)专利代理 机构 北京和联顺知识产权代理有 限公司 1 1621 专利代理师 谭鹏敏 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于功率随动控制的拐 角激光焊接方法， 包括以下步骤： 步骤1： 准备焊 接试板和焊接设备； 步骤2： 根据工艺需求， 开展 工艺试验， 结合焊接工艺手册确定焊接工艺参 数； 步骤3： 基于时间维度的焊接比能量分析， 制 定时间维度下的功率随动控制策略； 步骤4： 基于 空间维度的能量密度分析， 优化功率随动控制策 略； 步骤5： 设置激光焊接工艺参数及功率随动控 制策略参数， 根据优化后功率随动控制策略完成 试件拐角焊缝的焊接。 本发明基于时间与空间维 度同时考虑拐角处的焊接比能量与激光能量密 度分布， 优化激光功率和焊接速度之间的匹配关 系， 对功率随动控制策略进行优化以达到最优效 果， 从而实现拐角处的高质量激光焊 接。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115446455 A 2022.12.09 CN 115446455 A 1.一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 准备焊接试板和焊接设备； 步骤2： 根据工艺需求， 开展工艺试验， 结合焊接 工艺手册确定焊接 工艺参数； 步骤3： 基于时间维度的焊接比能量分析， 制定时间维度下的功率随动控制策略， 基于 时间维度的焊接比能量定义 为： 其中P为激光功率， V为焊接速度， 单位为J/mm， 由公式(1)可知， 焊接热输入与激光功率 呈正相关， 与焊接 速度呈负相关； 激光振镜控制系统采用直线加减速算法控制激光振镜， 在激光振镜加减速过程中速度 与时间成线性关系， 其中vp为焊接速度， pwork为焊接功率， 速度公式为： 步骤4： 基于空间维度的能量密度分析， 优化功率随动控制策略， 用功率密度(激光功率 除以光斑面积， 单位 为W/mm2)来描述空间维度内激光能量的强度； 步骤5： 设置激光焊接工艺参数及功率随动控制策略参数， 根据优化后功率随动控制策 略完成试件拐角焊缝的焊接 。 2.根据权利要求1所述的一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特征在于， 所 述步骤2中焊接 工艺参数包括： 激光功率P， 焊接 速度V， 离焦量Z， 保护气流 量Q等。 3.根据权利要求1所述的一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特征在于， 所 述步骤3中常规方式下， 整个焊接过程 中功率pwork恒定不变， 将公式(2)、 pwork代入公式(1)， 可以得到未调控焊接模式下的焊接比能量Q＝pwork/v(t)， 匀速阶段， 速度与功率均保持恒 定不变， 从而焊接比能量Q稳定输出； 加减速阶段， 由于速度的变化， 焊接比能量Q不再稳定 输出， 在时间维度， 拐角处焊接 轨迹的比能量由于 速度变小 而发生累积。 4.根据权利要求3所述的一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特征在于， 所 述步骤3中对功率进行线性调控， 制定功率随动控制策略， 在速度0～vp的线性变化过程中， 功率随之按照0～pwork线性变化， 令功率线性变化系数为： 则功率输出为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115446455 A 2将式(2)、 式(3)、 式(4)代入式(1)可得Q＝pwork/vp， 在功率随动控制策略下， 匀速阶段， 速度与功率依旧保持恒定， 不影响焊接比能量的稳定输出； 加减速过程中速度与功率协同 变化， 保持焊接比能量 Q为常数， 即在时间维度内， 整个 焊接过程的焊接比能量保持恒定 。 5.根据权利要求1所述的一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特征在于， 所 述步骤4中为了表 述整个焊接过程中的能量密度分布， 假设激光光束为平面热源， 且光 强按 照高斯能量分布， 激光 光束的光强分布式： 其中η为材料的激光吸收率， P为激光功率,r0为激光光斑半径， x(t)和y(t)分别为光斑 的实际位置； 式中， E(x,y)为激光照射到材料表面的能量密度， 单位为J/mm2， I(x,y,t)为t时刻点(x, y)处的光束强度； 计算式(6)， 以此 得到整个 焊接过程的空间维度内激光能量的分布。 6.根据权利要求5所述的一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特征在于， 所 述对时间维度下 的功率随动控制策略进行优化， 引入空间维度的能量密度分布分析， 考虑 空间维度内因光斑重叠引起的能量累积问题， 通过设置节点功率pc， 增加拐角处熄光过程， 以优化光斑重叠面积， 消除光斑重叠对空间维度的能量密度分布的影响， 其中节点功率pc 为功率变化曲线中 的一点， 当功率随动变化至pc以下时， 激光器熄光， 当功率随动变化再次 达到pc时， 熄光过程结束， 激光器重新出光； 通过遍历计算以确定最佳节点功率pc， 使得拐角处的激光能量密度分布均匀一 致。 7.根据权利要求1所述的一种基于功率随动控制的拐角激光焊接方法， 其特征在于， 所 述步骤5中主要参数有： 激光功率P、 焊接速度V、 焊接加 速度a， 保护气流量Q,离焦量Z， 节点 功率Pc。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115446455 A 3