[发明专利]基于特征光谱的镀锌钢激光添粉焊接缺陷的在线诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接过程中焊接缺陷在线监控领域，具体是一种基于谱线Cu I 324.8nm的强度的镀锌钢激光添粉焊接过程中焊接缺陷的在线监控方法。

背景技术

国内方面，清华大学国静等人利用轴向光传感器采集同轴光致等离子体光信号来实现激光焊接熔透检测，研究发现板厚一定的时候，同轴光信号强度随着线能量的增加而增加，而同轴光信号的频心与激光功率之间的对应关系则恰好相反；华中科技大学段爱琴，胡伦骥等人通过对伴随激光深熔焊接所存在的光致等离子体的蓝紫光信号相对强度的监测，以判断焊缝的熔透性。研究表明，焊缝的熔透性与光致等离子体光信号的累积强度有对应关系，当焊缝全部熔透时，光信号稳定性非常好，而一旦焊缝未熔透或熔透性差时，光信号会产生极大的波动，同时他们还研究了利用光致等离子体声信号监测激光焊缝的熔透性，发现焊缝熔透状态不同，其熔池上方的光致等离子体声信号的强度明显不同，熔透时，声信号强度低得多；在焊缝的熔透趋于跳动状态或未熔透时，声信号强度明显增强；曾浩等人利用小波变换对拾取的激光焊接等离子体的AE(Acoustic Emission)信号进行信号分析，并对小波分解后得到的细节信号进一步处理，在此基础上提取的曲线很好地反映了激光焊接过程的状态变化，能够快速地检测观察焊接缺陷，说明利用声信号实现对激光焊接质量控制是可行的；王春明等人研究了非穿透激光深熔焊熔深与等离子体光信号的关系，通过改变激光功率和焊接速度来获得不同焊缝熔深，采用光电传感器采集等离子体的特征光信号；唐霞辉等人借鉴熔炼材料的激光焊接方法，结合粉末冶金材料特点对高功率CO₂激光焊接粉末冶金材料的等离子体行为及控制方法进行了实验研究。在同样焊接条件下观察到三种材料的等离子体光强信号幅值有明显区别，Ni粉蓝光最强，检测信号的平均幅值最高，Co粉次之，Fe粉最弱。

英国曼彻斯特大学Li和利物浦大学W M Steen最早设计了PCS传感器来测量光致等离子体的温度；Hong ping Gu等检测并分析了小孔前沿的红外辐射和等离子体紫外信号，发现小孔前沿的紫外辐射信号强度与焊缝宽度成一定关系；Migamoto则采用光电二极管检测连续激光焊接等离子体在控制和未控制情况下的动态行为，根据等离子体波形起伏可初步判断焊缝穿透情况和焊接质量；D.Maischner等，开发了一种从工件上方和下方的金属蒸气等离子体光信号特征确定焊接熔透性的方法在下方，监测信号与小孔开合同步时的有无，在上方，金属蒸气等离子体光信号的波动频率与穿透性相关；S.Postma等设计了一种碳钢熔透性的反馈控制器，主要用于YAG激光焊接，这一系统主要基于对熔池光信号的测量，并用激光功率作为激励器，光探测器通过带宽为500Hz的低通滤波分析器，信号采集频率20kHz，由DSP计算并控制；

上述研究采用多种方法对焊接过程的焊接情况进行了检测，然而没有对镀锌钢激光添粉焊接过程中出现的特殊焊接缺陷-气孔做相关研究，不能很好地实现对激光填粉焊接进行实时监控的目的和保证填粉焊接的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于Cu I 324.8nm等离子体光谱信号的镀锌钢激光添粉焊接过程中焊接缺陷的在线诊断方法，实现对激光填粉焊接进行实时监控的目的，保证填粉焊接的质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于Cu I 324.8nm等离子体光谱信号的镀锌钢激光添粉焊接过程中焊接缺陷的在线诊断方法，包括焊接缺陷在线诊断装置，焊接缺陷在线诊断装置包括工作台、固定在工作台上的镀锌钢(1)、计算机(5)、激光器(6)，所述镀锌钢(1)焊接部位正上方设有焊接头(2)，焊接头(2)内设有聚焦镜，镀锌钢(1)焊接部位侧上方设有一个以上光电探测器(4)，光电探测器(4)与计算机(5)连接，计算机(5)与激光器(6)连接，该方法为：激光束聚焦后对镀锌钢(1)进行激光焊接，同时向焊接处添加铜粉；利用光电探测器(4)通过激光束成像透镜(10)和带通滤波片(11)采集镀锌钢(1)激光添粉焊接过程中的Cu I 324.8nm等离子体光谱信号，分析所采集的光谱信号，监测Cu I 324.8nm谱线的相对强度变化：当谱线Cu I 324.8nm的强度I为背景光强度的时候无焊接缺陷产生；当谱线Cu I 324.8nm的强度突然陡增时，则判定焊缝中将出现焊接气孔，同时计算机(5)在谱线Cu I 324.8nm的强度突然增大时实时调整焊接工艺参数。

背景光强度数值通常为20以内。