[发明专利]一种针对GMAW的熔池振荡频率的检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种针对GMAW的熔池振荡频率的检测装置，该装置激光器发射的激光束照射于焊接熔池，并经该焊接熔池反射到所述半椭圆球罩内表面，半椭圆球罩反射出的激光束射到所述硅光电池阵列，焊接熔池的激光束反射点以及硅光电池阵列分别位于半椭圆球罩一焦点上；硅光电池阵列、信号收集模块以及信号分析模块依次电信号连接；信号收集模块，用于对硅光电池阵列传输的电压信号进行滤波处理并采集；信号分析模块，用于将采集的电压信号转换成熔池振荡时域信号，并对该时域信号进行离散傅里叶变换以得到熔池振荡频率。本发明实现对P‑GMAW焊接过程中熔池振荡频率的实时测量，具有采样率高、处理速度快、信噪比高、设备简单、实时性好等优点，有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于焊接过程检测的技术领域，尤其涉及一种针对脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)的熔池振荡频率的测量装置和方法。

背景技术

焊接熔透状态是影响焊缝质量的决定性因素之一，在航空航天、海洋船舶、能源装备等制造领域关键部件的打底焊中，为保证焊接结构的可靠性无一例外地都对全熔透提出了极为苛刻的要求。

目前，实际焊接生产中主要通过熟练焊工现场作业、采用过程稳定且熔透易于控制的非熔化极焊接方法(PAW/GTAW)来保证熔透质量，但难以避免焊接效率低、生产成本高、环境适应性差等缺点。

此外，熔化极气体保护焊(GMAW)以其低成本、高效率、强适应性等优势是目前应用最为广泛的焊接方法之一，熔池振荡作为一种非常常见的熔池表面波动现象，熔池固有振荡特征与背面熔透存在明确的定量关系。但由于GMAW焊接时受焊丝熔化、熔滴传质等多物理过程的影响，其电弧-熔池行为较非熔化极焊接方法更为复杂，从而使GMAW的熔池振荡频率难以测量，而且现今没有能测量GMAW熔池振荡频率的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)的熔池振荡频率的测量装置和方法，旨在解决GMAW焊接中熔池振荡特征难以表征以及熔池振荡频率难以实时测量的问题。

本发明是这样实现的，一种针对GMAW的熔池振荡频率的检测装置，该装置包括激光器、反射罩、硅光电池阵列以及信号处理单元；所述反射罩为内表面可发生镜面反射的椭球罩；

所述激光器发射的激光束照射于焊接熔池，并经该焊接熔池反射到所述半椭圆球罩内表面，半椭圆球罩反射出的激光束射到所述硅光电池阵列，所述焊接熔池的激光束反射点以及硅光电池阵列分别位于半椭圆球罩一焦点上；

所述信号处理单元包括信号收集模块以及信号分析模块，所述硅光电池阵列、信号收集模块以及信号分析模块依次电信号连接；其中，所述信号收集模块，用于对硅光电池阵列传输的电压信号进行滤波处理并采集；所述信号分析模块，用于将采集的电压信号转换成熔池振荡时域信号，并对该时域信号进行离散傅里叶变换以得到熔池振荡频率。

优选地，所述半椭圆球罩的长轴为58mm、短轴为35mm、极轴为35mm，其内表面喷涂银构成反射镜面。

优选地，所述信号收集模块包括八阶低通巴特沃斯滤波器和数据采集卡；所述八阶低通巴特沃斯滤波器对硅光电池阵列传输电压信号进行滤波处理，并将高于熔池振荡频率的其它频率进行滤除；所述数据采集卡用于收集经所述滤波器处理后的电压信号；其中，所述硅光电池阵列、滤波器、数据采集卡以及信号分析模块依次电信号连接。

优选地，所述激光器的轴线与焊接熔池正上方的焊枪的轴线位于同一平面，所述激光器发射光束包括可调五线条纹与单线条纹，且激光器与水平面的夹角为30～50度。

优选地，该检测装置还包括用来滤除电弧光及其他外界光源干扰的滤光片，该滤光片设置在硅光电池阵列上；其中，所述半椭圆球罩反射出的激光束穿过滤光片且其焦点位于硅光电池阵列上。

本发明进一步公开了一种针对GMAW的熔池振荡频率的检测方法，该方法包括以下步骤：