[發(fā)明專利]模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611234108.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106735897B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曉益;陳輝;朱宗濤;雷正;趙旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/21
• 分類號(hào): B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

1.一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其步驟如下：

S1、準(zhǔn)備焊接模擬件，包括金屬試板(1)和GG17玻璃試板(2)，并在金屬試板(1)和GG17玻璃試板(2)上開(kāi)設(shè)模擬實(shí)際焊接接頭的窄間隙坡口，然后將金屬試板(1)和GG17玻璃試板(2)裝配夾緊；

S2、在GG17玻璃試板(2)一側(cè)布置光譜儀(11)的光纖探頭(7)、高速攝像機(jī)(8)和激光輔助光源(9)，并使光纖探頭(7)、高速攝像機(jī)(8)、激光輔助光源(9)同時(shí)對(duì)準(zhǔn)焊接區(qū)域；所述光譜儀(11)和高速攝像機(jī)(8)的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部(10)的輸入端口連接；

S3、在窄間隙坡口內(nèi)部布置用于輸送焊絲的窄間隙專用送絲槍(6)和用于輸送焊接保護(hù)氣的窄間隙送氣管(4)，然后開(kāi)啟激光器引入激光束(3)后可模擬窄間隙內(nèi)部的激光填絲焊接過(guò)程；

S4、在焊接過(guò)程中，用激光輔助光源(9)為焊接區(qū)域提供激光照明，光纖探頭(7)和高速攝像機(jī)(8)對(duì)準(zhǔn)焊接區(qū)域進(jìn)行焊接區(qū)域監(jiān)測(cè)，采集窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接區(qū)域?qū)崟r(shí)圖像及相關(guān)光譜信息，具體采集方式是：光纖探頭(7)采集焊接區(qū)域的光譜信息并輸?shù)焦庾V儀(11)進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀(11)將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部(10)；高速攝像機(jī)(8)采集焊接區(qū)域的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部(10)；通過(guò)數(shù)據(jù)處理部(10)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接區(qū)域?qū)崟r(shí)圖像及相關(guān)光譜信息；

所述步驟S4中的焊接區(qū)域監(jiān)測(cè)包括熔池流動(dòng)監(jiān)測(cè)、等離子體監(jiān)測(cè)和熔滴過(guò)渡監(jiān)測(cè)；

所述熔池流動(dòng)監(jiān)測(cè)的具體做法是：用激光輔助光源(9)為焊接熔池提供激光照明；光纖探頭(7)和高速攝像機(jī)(8)對(duì)準(zhǔn)焊接熔池；光纖探頭(7)采集焊接熔池的光譜信息并輸?shù)焦庾V儀(11)進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀(11)將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部(10)；高速攝像機(jī)(8)采集焊接熔池的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部(10)；通過(guò)數(shù)據(jù)處理部(10)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接熔池流動(dòng)實(shí)時(shí)圖像及光譜信息；

所述等離子體監(jiān)測(cè)的具體做法是：用激光輔助光源(9)為焊接熔池上方區(qū)域提供激光照明；光纖探頭(7)和高速攝像機(jī)(8)對(duì)準(zhǔn)焊接熔池上方區(qū)域；光纖探頭(7)采集焊接熔池上方等離子體的光譜信息并傳輸?shù)焦庾V儀(11)進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀(11)將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部(10)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理部(10)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的等離子體光譜信息；

所述熔滴過(guò)渡監(jiān)測(cè)的具體做法是：用激光輔助光源(9)為焊接熔池上方區(qū)域提供激光照明；高速攝像機(jī)(8)采集焊接熔池上方熔滴過(guò)渡的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部(10)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理部(10)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的熔滴過(guò)渡圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于：所述步驟S2中，在金屬試板(1)表面，靠近窄間隙坡口布置若干個(gè)間隔排列的溫度傳感器，每個(gè)溫度傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部(10)的輸入端口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于：在金屬試板(1)表面布置的溫度傳感器包括在金屬試板(1)上表面、下表面、前表面和后表面的靠近窄間隙坡口且距窄間隙坡口呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口鈍邊或側(cè)壁的垂直距離相差3-7mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于：產(chǎn)生激光束(3)的激光器的控制端、窄間隙送氣管(4)的控制端、窄間隙專用送絲槍(6)的控制端、高速攝像機(jī)(8)的控制端、光譜儀(11)的控制端、激光輔助光源(9)的控制端、數(shù)據(jù)處理部(10)均與控制中心連接，在所述步驟S4中，激光束(3)、窄間隙送氣管(4)和窄間隙專用送絲槍(6)的移動(dòng)和作業(yè)均通過(guò)控制中心控制，而且控制中心還同時(shí)控制高速攝像機(jī)(8)、光譜儀(11)和激光輔助光源(9)始終對(duì)準(zhǔn)焊接區(qū)域，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理部(10)采集的數(shù)據(jù)信息調(diào)整激光器所發(fā)出的激光束(3)的強(qiáng)度和角度、窄間隙送氣管(4)的送氣速度和窄間隙專用送絲槍(6)的送絲速度。