[发明专利]一种激光‑电弧复合焊接在线监测方法

权利要求书

1.一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将多波长高温计、红外摄像机、激光加工头、电弧焊枪、保护气管路按照要求进行安装设置；

S2、将测试样品放置于指定位置处，使得测试样品的焊缝能够被激光加工头和电弧焊枪共同焊接作用；

S3、随机选择多组复合焊接参数进行激光-电弧复合焊接加工，多波长高温计和红外摄像机分别对测试样品焊接表面的温度进行曲线测量，得到多条温度升降测试曲线和温度分布测试曲线，并确定温度升降测试曲线和温度分布测试曲线的有效温度区间；

S4、若温度升降测试曲线的有效温度区间差值在a范围之间和温度分布测试曲线的有效温度区间差值在b范围之间时，将对应的该组复合焊接参数认定为有效参数；

S5、将步骤S4中所得的多组有效参数取平均值，得到标准复合焊接参数；

S6、采用标准复合焊接参数，对实际工件进行激光-电弧复合焊接；

S7、多波长高温计和红外摄像机分别对实际工件焊接表面的温度进行曲线测量，得到温度升降实际曲线和温度分布实际曲线，并确定温度升降实际曲线和温度分布实际曲线的有效温度区间；

S8、若温度升降实际曲线和温度分布实际曲线的有效温度区间差值均分别在a范围和b范围之间时，则符合焊接要求，否则就反馈报警信息并进行数据修正，直至符合焊接要求为止。

2.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述激光加工头至焊点的延长线分别与电弧焊枪至焊点的延长线、多波长高温计至焊点的延长线、红外摄像机至焊点的延长线存在夹角，分别为35°、45°和60°，保护气管路对准焊点位置。

3.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S1中的多波长高温计用来测量激光焊缝中心温度，温度测量范围为900～3000℃，包含12条不同波长的谱线，谱线的波长范围为1.001～1.573μm，可根据焊缝中心温度的变化自动转换相应波长的谱线采集温度，采集精度为每个激光光斑上的采集精度且大于等于50μs，窄谱线宽小于等于50nm，多波长高温计由一个单独的吸收光单元和一个铟砷化镓光电探头组成，该光电探头直接同光纤连接。

4.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S1中的红外摄像机采集的是整个激光作用区的温度，该红外摄像配置有锑化铟传感器，光谱通带为3～5μm，可在320*256像素范围内进行采集，曝光时间为10μs，红外摄像机同时对光斑区域的横向和纵向进行红外成像，每个位置至少取10张连续照片进行分析，然后取温度平均值。

5.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S2中的测试样品和步骤S6中的实际工件为同样尺寸规格的金属材料，该金属材料为不锈钢、碳钢、高强钢和铝合金的其中一种，且厚度d的范围为2～10mm。

6.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S3中的复合焊接参数为(P，V，I)，其中P为测试激光功率，取值范围为2000～6000W，V为测试激光扫描速度，取值范围为6～20mm·S-1，I为测试电弧电流，取值范围为50～300A。

7.根据权利要求6所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S3中的温度升降测试曲线为采用复合焊接参数(P，V，I)进行复合焊接加工时多波长高温计在不同时间内采集到的不同激光焊缝中心温度形成的曲线；所述温度分布测试曲线为采用复合焊接参数(P，V，I)进行复合焊接加工时红外摄像机对不同位置处采集到的不同的整个激光作用区温度形成的曲线；所述温度升降测试曲线和温度分布测试曲线在焊接表面温度升高和焊接表面温度降低时存在一个曲线上升段和曲线下降段，两端曲线的中间部分为有效温度区间。

8.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S4和步骤S8的中a范围为70～105℃，b范围为120～180℃。

9.根据权利要求1所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S5和步骤S6中的标准复合焊接参数为为实际激光功率，单位为W，为实际激光扫描速度，单位mm·S-1，为实际电弧电流，单位为A。

10.根据权利要求9所述的一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，其特征在于：所述步骤S7中的温度升降实际曲线为采用标准复合焊接参数进行复合焊接加工时多波长高温计在不同时间内采集到的不同激光焊缝中心的温度所形成的曲线；所述温度分布测试曲线为采用标准复合焊接参数进行复合焊接加工时红外摄像机对不同位置处采集到的不同整个激光作用区的温度所形成的曲线；所述温度升降实际曲线和温度分布实际曲线在焊接表面温度升高和焊接表面温度降低时存在一个曲线上升段和曲线下降段，两端曲线的中间部分为有效温度区间。