本發(fā)明涉及一種測(cè)量焊縫熔化體積的方法，特別涉及用于測(cè)量激光熱絲對(duì)接焊中焊縫熔化體積的方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，激光焊接的應(yīng)用越來越廣泛。激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接后焊縫成形質(zhì)量一直是評(píng)價(jià)激光焊接好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。而焊縫體積是影響焊縫成形質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，所以測(cè)量焊縫熔化后的體積是研究焊縫成形質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

現(xiàn)有的測(cè)量方法有兩種：手工測(cè)量和圖像法。

手工測(cè)量的原理為：測(cè)量人員用測(cè)量工具一般為焊縫卡尺，測(cè)量出焊縫的熔寬，余高和熔高，再通過計(jì)算得到焊縫熔化后的體積。這種測(cè)量方法效率低，而且在測(cè)量過程中主要是根據(jù)測(cè)量人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來測(cè)量，由于測(cè)量人員的技能素質(zhì)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的不同，對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。所有以這種方法存在著巨大的缺陷，已經(jīng)不能滿足測(cè)量的要求。

圖像法的原理為：采用機(jī)器視覺技術(shù)拍攝焊縫截的形狀，再用圖像處理技術(shù)來處理、分析得到的圖像。通過計(jì)算最后得到焊縫的體積。這種方法效率高，自動(dòng)化程度高，且人為因素對(duì)其影響較低現(xiàn)如今應(yīng)用廣泛。但該方法因焊縫成形輪廓界面復(fù)雜，只能估算出焊縫熔化體積，算出的結(jié)果存在著一定的誤差，所以這種方法也存在著一定的缺陷。

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)焊接后的焊接質(zhì)量要求越來越高，焊縫熔化體積對(duì)焊接質(zhì)量有很大的影響。所以有必要尋找一種新的測(cè)量焊縫熔化體積的方法，使測(cè)量的結(jié)果更為準(zhǔn)確，可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種測(cè)量焊縫熔化體積的方法，使焊縫熔化體積更容易測(cè)量，測(cè)量的結(jié)果更為準(zhǔn)確。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，提供一種測(cè)量焊縫熔化體積的方法，該方法用于測(cè)量對(duì)接焊中焊縫熔化體積V，計(jì)算公式為：

式中：

k為焊縫成形系數(shù)；

δ為焊接間隙，即焊接時(shí)兩塊焊接板焊接部位間隙的寬度；

ω、ω_w分別為示蹤元素在焊縫熔合區(qū)、焊絲中的質(zhì)量百分含量；示蹤元素選擇只存在于焊絲中、而不存在于焊接母材中的一種元素；需要說明的是，焊縫熔化體積V實(shí)際就是指焊縫的熔合區(qū)的體積；

ρ、ρ_w分別為焊縫熔合區(qū)、焊絲的密度；

d為焊縫兩側(cè)焊接板的板厚，焊縫處兩塊焊接板的厚度是相同的；

v_ω為焊接時(shí)的速度；

t為焊接所用的時(shí)間。

優(yōu)選地，示蹤元素選擇只存在于焊絲中、而不存在于焊接母材中的一種元素，且該元素在焊絲中質(zhì)量百分含量最高。

優(yōu)選地，焊縫成形系數(shù)k為單道焊縫橫截面上焊縫寬度B與焊縫兩側(cè)焊接板的板厚d的比值。

優(yōu)選地，采用能譜分析，分別測(cè)量焊縫熔合區(qū)、焊絲中示蹤元素的質(zhì)量百分含量。

優(yōu)選地，該方法用于測(cè)量激光熱絲對(duì)接焊中的焊縫熔化體積V。

優(yōu)選地，所述焊接是勻速的。

優(yōu)選地，ρ、ρ_w相差不大，可以作近似處理，故焊縫熔化體積V的計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：

以下對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

選定只存在于焊絲中、而不存在于焊接母材中的一種元素作為示蹤元素，其中，焊絲中某一示蹤元素的總質(zhì)量m_w，等于焊縫中該示蹤元素的總質(zhì)量m，即：m_w＝m。

焊絲中某一示蹤元素的總質(zhì)量m_w，可以表示為：

m_w＝V_w·ω_w·ρ_w

式中：m_w為填充焊絲中示蹤元素的總質(zhì)量，ωw為示蹤元素在焊絲中的質(zhì)量百分含量，ρ_w為焊絲的密度，V_w為焊絲熔化體積。

焊縫中示蹤元素的總質(zhì)量m，可以表示為：m＝V·ω·ρ

式中：ω為示蹤元素在焊縫熔合區(qū)的質(zhì)量百分含量，ρ為焊縫熔合區(qū)的密度，V為焊縫熔化體積。

其中，焊絲熔化體積V_w又可以表示為：

式中：D為焊絲直徑，t為焊接過程持續(xù)的時(shí)間，v_f為送絲速度。

同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有的研究表明v_f可以如下式表示：

結(jié)合上述幾個(gè)表達(dá)式，即可得到

由于ρ、ρ_w相差不大，可以作近似處理，故焊縫熔化體積V的計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：

通過能譜分析，分別測(cè)量出焊絲和焊縫熔化體積中某一示蹤元素的含量ω_w和ω即可計(jì)算出焊縫熔化體積V。

另外，依據(jù)工藝設(shè)定的焊接速度和實(shí)驗(yàn)測(cè)量焊縫成形截面積可以確定焊縫成形率，即單位時(shí)間的焊縫熔化體積。即根據(jù)焊接時(shí)的速度v_ω，焊接時(shí)間t和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的焊縫的截面積S，也可以求出焊縫熔化體積V＝S·v_ω·t，結(jié)合上述焊縫熔化體積V的表達(dá)式，也可以得到焊縫的截面積S的表達(dá)式為：

同樣地，可以簡(jiǎn)化為以下表達(dá)式：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明只需用能譜分析，分別測(cè)量出焊絲和焊縫熔化體積中某一示蹤元素的含量。就可以通過公式計(jì)算出焊縫熔化體積。方法簡(jiǎn)單，效率高，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性高，且受人為因素影響小。

附圖說明

圖1表示實(shí)施例1測(cè)得的焊縫截面積與焊接間隙之間的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

這里以雙面鍍鋅車用高強(qiáng)鋼DP800為研究對(duì)象，進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理。試件尺寸為60mm×35mm×1.2mm，DP800及焊絲的化學(xué)成分如表1所示。試驗(yàn)前打磨試件邊緣，保證焊接間隙均勻，并利用丙酮清洗對(duì)接部位。采用前送絲方式，送絲角度為45°，光絲距為零。熱絲電源正極通過送絲頭與焊絲接觸，負(fù)極與試件接觸，保持焊接中焊絲預(yù)熱回路連通。焊接時(shí)，采用同軸氬氣(Ar)保護(hù)，流量為15L/min，焊接速度為20mm/s，離焦量為+8mm，焊絲直徑為1mm，焊絲預(yù)熱長(zhǎng)度為17mm。

表1 DP800與焊絲的化學(xué)成分

選定母材中沒有而焊絲中含量較高的鎳(Ni)元素作為示蹤元素。采用能譜分析(EDS)方法，沿焊縫的寬度方向和深度方向分別取點(diǎn)測(cè)量示蹤元素鎳(Ni)的含量，發(fā)現(xiàn)該元素在焊縫中分布均勻。因此，將實(shí)驗(yàn)測(cè)量的不同焊接間隙的焊接條件下焊縫中鎳(Ni)元素的平均含量和已知的焊絲中鎳元素含量代入下式中：

可計(jì)算得到焊縫截面積S與焊接間隙δ的關(guān)系，如圖1所示，具有良好的線性關(guān)系。

上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。