(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 202210837154.0 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 广州大学 地址 510006 广东省广州市外环西路23 0号 申请人 恒普 （宁波） 激光科技有限公司 (72)发明人 桂珍珍　路媛媛　曹流　张帆　 曾耀华　周晓思　张建辉　 (74)专利代理 机构 北京八月瓜知识产权代理有 限公司 1 1543 专利代理师 秦莹 (51)Int.Cl. B23K 26/00(2014.01) B23K 26/70(2014.01) G16C 60/00(2019.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 多道次激光加工方法、 系统、 装置及存储介 质 (57)摘要 本说明书实施例提供了一种基于温度场预 测余热补偿的多道次激光加工方法、 系统、 装置 及存储介质， 其中， 方法包括： 获取被加工 材料的 热物理性能参数， 初步设定激光加工参数； 在激 光加工参数下进行温度场模拟 仿真； 建立合金材 料的几何模型， 设置材料物性参数、 划分网格、 指 定计算时长与时间步长以及对流换热边界， 施加 激光面热源， 基于所述温度场模拟 仿真进行计算 求解， 获取模拟仿真结果； 进一步优化设计完整 的激光加工过程； 对激光加工过程进行实验验 证， 并与实际激光加工需求进行比较， 修正温度 场控制方程中部分参数； 获得优化的参数， 从而 确定激光加工工艺合理选择， 实现具体加工需 求。 权利要求书2页 说明书8页 附图8页 CN 115213549 A 2022.10.21 CN 115213549 A 1.一种基于温度场预测余热补偿的多道次激光加工方法， 其特 征在于， 包括： 获取被加工材料的热物理性 能参数， 根据 所述被加工材料的热物理性 能参数和加工需 求初步设定 激光加工参数； 基于温度场控制方程通过有限元分析模块在所述激光加工参数下进行温度场模拟仿 真； 根据实际激光加工的合金材料， 采用三维造型模块建立几何模型， 将所述几何模型导 入有限元分析模块， 并加载传热分析模块， 设置材料物性参数、 划分网格、 指定计算时长与 时间步长以及 对流换热边界， 施加激光面热源， 基于所述 温度场模拟 仿真进行计算求解， 获 取模拟仿真结果； 根据上述模拟仿真结果基于余热补偿的考虑， 进一步优化设计完整的激光加工过程； 对模拟仿真优化后的激光加工过程进行实验验证， 并与实际激光加工需求进行比较， 进一 步修正温度场控制方程中部分参数； 经过修正后， 获得特定材料在特定条件下的温度场控制方程中优化的参数， 从而确定 特定材料在激光加工多道次成形制造时的激光加工 工艺合理选择， 实现具体加工需求。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述热物理性能参数包括以下至少之一： 密度、 比热容、 各 方向的导热系数、 材 料对激光的吸 收率。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述激光加工参数具体包括以下至少之 一： 激光模式、 激光光斑直径、 激光功率、 脉冲频率、 激光扫描速度、 加工路径、 道次间搭接 率， 其中， 所述激光模块具体包括： 连续激光和脉冲激光。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述温度场控制方程具体包括： 其中， 公式1为热传导方程， 用于描述能量扩散过程； 公式2为激光面热源模型， 用于向 加工成形区施加激光能量， ρ 为密度； c为比热容； T为温度； t为时间； x,y,z分别为正交坐标 系的三个主方向坐标； kx,ky,kz分别为三个方向的导热系数； q为激光面热源密度； η为激光 吸收率； P为激光功率； r为激光光斑半径； x0,y0分别为激光开始作用时光斑中心的水平坐 标； v为激光扫描速率； t0为激光作用的起始时刻。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述激光加工过程具体包括以下至少之 一： 激光加工各道次工艺 参数、 激光加工路径。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 基于温度场控制方程通过有限元分析模块 在所述激光加工参数 下进行温度场模拟仿真具体包括： 基于温度场控制方程通过有限元分析模块在所述激光加工参数下进行温度场模拟仿 真， 获得不同设定加工条件下熔池熔宽和熔深随着时间的变化情况， 从而预测凝固后各道 次焊缝熔宽熔深。 7.一种基于温度场预测余热补偿的多道次激光加工系统， 其特 征在于， 包括： 获取设定模块， 用于获取被加工材料的热物理性能参数， 根据所述被加工材料的热物权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115213549 A 2理性能参数和 加工需求初步设定 激光加工参数； 温度场模拟仿真模块， 用于基于温度场控制方程通过有限元分析模块在所述激光加工 参数下进行温度场模拟仿真； 建立计算模块， 用于根据实际激光加工的合金材料， 采用三维造型模块建立几何模型， 将所述几何模型导入有限元分析模块， 并加载传热分析模块， 设置材料物性参数、 划分网 格、 指定计算时长与时间步长以及 对流换热边界， 施加激光面热源， 基于所述温度场模拟仿 真进行计算 求解， 获取模拟仿真结果； 优化模块， 用于根据上述模拟仿真结果基于余热补偿的考虑， 进一步优化设计完整的 激光加工过程； 对模拟仿真优化后的激光加工过程进行实验验证， 并与实际激光加工需求 进行比较， 进一 步修正温度场控制方程中部分参数； 确定模块， 用于经过修正后， 获得特定材料在特定条件下的温度场控制方程中优化的 参数， 从而确定特定材料在激光加工多道次成形制 造时的激光加工工艺合理选择， 实现具 体加工需求。 8.根据权利要求7 所述的系统， 其特 征在于， 所述热物理性能参数包括以下至少之一： 密度、 比热容、 各方向的导热系数、 材料对激 光的吸收率； 所述激光加工参数具体包括以下至少之一： 激光模式、 激光光斑直径、 激光功率、 脉冲 频率、 激光扫描速度、 加工路径、 道次间搭接率， 其中， 所述激光模块具体包括： 连续激光和 脉冲激光； 所述温度场控制方程具体包括： 其中， 公式1为热传导方程， 用于描述能量扩散过程； 公式2为激光面热源模型， 用于向 加工成形区施加激光能量， ρ 为密度； c为比热容； T为温度； t为时间； x,y,z分别为正交坐标 系的三个主方向坐标； kx,ky,kz分别为三个方向的导热系数； q为激光面热源密度； η为激光 吸收率； P为激光功率； r为激光光斑半径； x0,y0分别为激光开始作用时光斑中心的水平坐 标； v为激光扫描速率； t0为激光作用的起始时刻； 所述激光加工过程具体包括以下至少之一： 激光加工各道次工艺 参数、 激光加工路径。 9.一种基于温度场预测余热补偿的多道次激光加工装置， 其特征在于， 包括： 存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序， 所述计算机程序被 所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的基于温度场预测余热补偿的多道 次激光加工方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质上存储有信息传 递的实现程序， 所述程序被处理器执行时实现如权利要求 1至6中任一项 所述的基于温度场 预测余热补偿的多道次激光加工方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115213549 A 3