[发明专利]一种激光‑电弧复合焊接在线监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及在线监测材料激光焊接过程的技术领域，具体涉及一种利用光学诊断技术对焊接熔池中的温度进行测量、实时反馈激光-电弧复合焊接情况的在线监测方法。

背景技术

激光-电弧复合焊接，是用于激光束和电弧等离子体热源的方法，激光、电弧复合使得两种热源既充分发挥了各自的优势，又相互弥补了对方的不足。激光-电弧复合焊接具有焊缝深宽比大、焊接变形小的优点，能够满足造船厂、火车制造厂对装配间隙的要求，使之成为具有极大应用前景的新型焊接热源。

激光-电弧复合焊接过程是焊接电流、电压以及热、力等各种因素综合作用影响下的焊接过程。引起被焊物物理状态变化、被焊物的焊接缺陷的原因，必然隐含于激光-电弧复合焊接过程激光束、电弧等各参数的动态变化之中。因此，监测这些参数的动态变化，并作出及时的调整，可进一步提高激光-电弧焊接质量。

传统的焊接质量是通过稳定焊接参数和焊后检验来控制,最终质量靠抽样目测和剖切检验等焊后检验手段来保证。而随着轮船、轨道交通等行业的高速发展，在激光设备价格下架、自动化程度提高的影响下，对焊接质量的要求越来越高，传统的焊接质量检测方法以无法满足现有制造业对激光焊接的质量要求。因此，需要针对激光-电弧复合焊接设计一种在线监测方法。

根据现有文献《焊接质量在线监控方法探讨》(唐文庆、种玉宝，设备管理与维修,2014(3):62-65)记载，焊接质量在线监测主要采集焊接过程中的电弧电压、焊接电流、电弧声以及电弧光、激光、温度、熔池形状等信号作为研究对象，通过时域、频域、时频分析，重点研究信号在不同变换域上的特点，提取能够表征焊接质量和焊接过程稳定性的特征向量，并通过统计、函数、逻辑、模糊和神经网络等对焊接质量进行在线监控。

本发明即在现有焊接质量在线监控方法的基础上，针对轮船、轨道交通等领域，满足大面积、大尺寸规范的材料焊接在线监测需求，提供一种激光-电弧复合焊接在线监测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，从而可以实现大面积、大尺寸规范的材料焊接在线监测，实时控制调整激光、电弧参数，变事后监测为事中干预。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光-电弧复合焊接在线监测方法，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。

优选的，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。

优选的，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。