[發明專利]基于特征元素等離子體光信號的鍍鋅鋼激光添粉焊接過程中焊接缺陷的在線診斷方法

有效

• 申請號: 201010553902.X
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN102049613A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 張屹;陳根余;李時春;周惦武;張海榮
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;G01N21/71
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

1.一種基于特征元素等離子體光信號的鍍鋅鋼激光添粉焊接過程中焊接缺陷的在線診斷方法，其裝置包括工作臺，固定在工作臺上的鍍鋅鋼(1)；在所述鍍鋅鋼(1)焊接部位正上方設有焊接頭(2)，該焊接頭(2)內設有聚焦鏡，鍍鋅鋼激光添粉焊接的同步添粉裝置固定在焊接頭(2)上，所述鍍鋅鋼(1)焊接部位側上方設有多個光敏傳感器(4)，該光敏傳感器(4)通過信號線將采集的等離子體光信號直接保存并顯示在計算機(5)中；其特征是，激光束聚焦后對鍍鋅鋼(1)進行激光焊接；同時利用光敏傳感器(4)采集鍍鋅鋼(1)激光添粉焊接過程中的特征元素等離子體光信號，采集的特征元素包括鍍鋅鋼(1)本體材料的特征元素和所添加的粉末材料的特征元素，通過特征元素對等離子體光信號的在線監測得出焊接過程中材料的特征元素的種類和對應特征元素的添加量m；最后得出所述鍍鋅鋼本體材料被電離產生的特征元素等離子體光信號的強度I與焊接缺陷之間的關聯：鍍鋅鋼(1)激光焊接過程，當特征元素等離子體光信號的強度I處于動態穩定時無焊接缺陷產生；當特征元素等離子體光信號的強度I急劇變化或波動時產生焊接缺陷，所述焊接缺陷包括氣孔、焊縫表面的凹陷；所添加的粉末材料的特征元素等離子體光信號的強度I與單位時間內所添加對應特征元素的添加量m呈近線性關系：I＝K1*m+K2，其中K1、K2為相應的常數；通過采集激光添粉焊接過程中粉末材料對應元素的等離子體輻射光信號強度I，獲得所添加的粉末量，從而判斷焊接過程中焊接缺陷的產生：當粉末材料特征元素等離子體光信號強度增加時，焊接缺陷產生概率減??；當粉末材料特征元素等離子體光信號強度降低時，焊接缺陷產生概率增大。

2.根據權利要求1所述的在線診斷方法，其特征在于，所述添加的粉末材料為銅粉，焊接過程中所述光敏傳感器(4)同時采集了三種特征元素的等離子體光信號，分別為：粉末材料中的銅元素等離子體光信號、鍍鋅鋼(1)中的鋅元素等離子體光信號、鍍鋅鋼(1)中的鐵元素等離子體光信號；

采用光敏傳感器(4)在線監測銅粉添加量：光敏傳感器(4)采集的特征元素等離子體光信號為銅元素等離子體光信號，光敏傳感器(4)只采集銅元素特定波長的等離子體光信號；

采用光敏傳感器(4)在線監測鋅等離子體光信號：由鋅等離子體光信號強度判斷鋅的氣化量，相應的鋅等離子體光波長分別為334.5nm、481.0nm，光敏傳感器(4)只采集相應波長的等離子體光信號；

采用光敏傳感器(4)在線監測鐵等離子體光信號：由在線監測鐵等離子體光信號是否處于穩定波動狀態診斷焊接缺陷的產生，相應的鐵等離子體光波長分別為394.52nm、402.45nm，光敏傳感器(4)只采集相應波長的等離子體光信號；

采集的上述銅、鋅、鐵三種特征元素的等離子體光信號，通過觀測三種等離子體光信號變化特征可在線實時診斷焊接缺陷：銅元素等離子體光信號增強對應于鋅的蒸氣量降低，鋅的蒸氣量減少對應于焊接缺陷產生概率的降低，因此銅元素等離子體光信號增強對應于焊接缺陷產生概率的降低；鋅元素等離子體光信號出現劇烈波動，在信號劇烈波動的波峰與波谷處均有可能產生焊接氣孔，且在波峰時產生焊接氣孔的概率更大；鐵元素等離子體光信號出現劇烈波動，在信號劇烈波動的波峰與波谷處均有可能產生焊接氣孔，且在波峰時產生焊接氣孔的概率更大。

3.根據權利要求1或2所述的在線診斷方法，其特征在于，所述光敏傳感器(4)的采集頻率不小于100Hz。

4.根據權利要求1或2所述的在線診斷方法，其特征在于，所述單位時間內所添加對應特征元素的量m取值范圍為1-20g/min。