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焊接学报 2023年第11期44卷 67-79,I0006,I0007页

作者：宫照亮蒋平施建宏徐凯钦耿韶宁舒乐时华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 锐科光纤激光技术股份有限公司武汉430073

激光焊接为动力电池铝合金薄板焊接提供了有效技术手段,然而传统激光焊接工艺在高焊接速度要求下易产生飞溅、气孔等缺陷,影响构件的服役性能.文中开展可调环形光斑激光搭接焊工艺调控研究,阐明了中心-环形激光功率对焊缝成形的影响规律... 详细信息

激光焊接为动力电池铝合金薄板焊接提供了有效技术手段,然而传统激光焊接工艺在高焊接速度要求下易产生飞溅、气孔等缺陷,影响构件的服役性能.文中开展可调环形光斑激光搭接焊工艺调控研究,阐明了中心-环形激光功率对焊缝成形的影响规律,在此基础上,确定了无飞溅、少气孔、大搭接面熔宽的高速稳定焊接工艺窗口.在上述工艺窗口范围内,以小熔深波动与大搭接面熔宽作为目标,基于Kriging模型与NSGA-Ⅱ遗传算法开展多目标工艺参数优化.经验证,在焊接速度70 mm/s以上,焊缝成形质量进一步得到提升,搭接面熔宽提高8.89%、熔深波动小于10%、无明显成形缺陷.

关键词：动力电池铝合金薄板可调环形光斑高速激光搭接焊工艺调控多目标工艺参数优化

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1060铝合金薄板可调环形光斑激光搭接焊工艺优化与监测方法研究

1060铝合金薄板可调环形光斑激光搭接焊工艺优化与监测方法研究

引用

作者：宫照亮华中科技大学

学位级别：硕士

相比于传统单激光焊接,可调环形光斑激光焊接工艺能提高匙孔-熔池稳定性,有效抑制铝合金等轻质材料焊接飞溅形成,降低熔深波动,为铝合金薄板高速搭接焊提供了有效手段。1060铝合金以其良好的导电性能,广泛应用于动力电池导电零部件的生... 详细信息

相比于传统单激光焊接,可调环形光斑激光焊接工艺能提高匙孔-熔池稳定性,有效抑制铝合金等轻质材料焊接飞溅形成,降低熔深波动,为铝合金薄板高速搭接焊提供了有效手段。1060铝合金以其良好的导电性能,广泛应用于动力电池导电零部件的生产制造,然而动力电池极柱、转接片等关键导电部件的焊接,既需要在尽量高的焊接速度下保证焊缝无飞溅、少气孔,且对焊缝形貌特征要求严苛,为可调环形光斑激光焊接工艺调控带来挑战;此外,虚焊是危害动力电池极柱、转接片等关键导电部件之间导电性能的重要因素,其作为一种内部缺陷,无法直接通过表面观察进行识别、判定,且更难以与传感信号之间建立关联关系,监测难度高。针对以上问题,本文开展了1060铝合金薄板可调环形光斑激光搭接焊工艺与监测方法研究,主要研究内容和结论如下:(1)开展了中心-环形激光功率对焊缝成形、匙孔-熔池动态行为的影响规律的研究。研究结果表明:中心-环形激光功率比为3:7时焊缝成形最好,此时表面几乎无飞溅,气孔率小于1%,熔深、熔宽均匀一致性最好,平均搭接面熔宽大于0.9mm;环形激光对焊缝熔化宽度的增大作用仅在一定熔深范围内较显著,而熔宽比随着环形激光功率增加先减小后趋于稳定,匙孔开口坍塌闭合频次由21.5%减小到0%,熔池承受扰动能力增强;(2)开展了铝合金高速可调环形光斑激光搭接焊工艺参数优化研究。建立了可调环形光斑激光搭接焊的无飞溅、少气孔与大搭接面宽度的高速稳定焊接工艺窗口:中心-环形激光功率比3:7、激光功率4550～5250W、焊接速度70～95mm/s、离焦量2～4mm;基于Kriging模型与NSGA-Ⅱ遗传算法开展多目标工艺参数优化,相比于工艺窗口内成形较好的焊缝,在焊接速度70mm/s以上,搭接面熔宽提高8.89%、熔深波动小于10%、无明显成形缺陷。(3)开展了高速可调环形光斑激光搭接焊虚焊缺陷监测研究。分析了虚焊缺陷产生原因并提出了虚焊缺陷的监测思路,研究了可调环形光斑激光焊接多传感信号处理与特征提取方法,明晰了其与搭接面成形质量之间的关联关系。研究结果表明:熔宽比与有效接合宽度波形互相关系数为0.9814、相关系数为-0.5899,呈显著负相关;AlⅠ特征谱线、匙孔内接四边形左夹角θ_左、匙孔开口面积能够反映焊缝内部产生的虚焊缺陷;在良好工艺下,搭接面气孔是导致虚焊缺陷的主要原因,对搭接面0.1mm以上气孔导致的虚焊缺陷识别准确率能够达到90.48%。

关键词：可调环形光斑激光搭接焊铝合金薄板工艺参数优化虚焊缺陷监测

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