專利名稱：連續(xù)激光焊接過程中焊接質(zhì)量的實時監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于對激光焊接過程中焊接質(zhì)量的監(jiān)測方法，適用于各種材料的連續(xù)激光焊接。
長期以來有一種需求，即如何在激光焊接過程中實時監(jiān)測激光焊接質(zhì)量，以減少焊后質(zhì)量檢測，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。關于這方面的現(xiàn)有技術，在文獻“Keyhole/Plasma Sensing System During Laser Welding”《ICALED 88，P·109-118》、“OPtical Detection System for The evaluation of Laser Welds”《Review of Scientific Instruments Vol 155.NO.10.1984.p.1585-1589》和美國專利US-4633057中已分別提出了光-聲發(fā)射信號法、光信號法和聲信號法。
光-聲發(fā)射信號法就是利用激光焊接過程中等離子體發(fā)出的特征光信號，和激光器諧振腔的部分反射鏡上由于激光能量分布的變化而引起的聲發(fā)射信號，來對焊接質(zhì)量進行實時監(jiān)測。但這種方法中，聲發(fā)射傳感器置于部分反射鏡上而使信號的采取比較困難，同時聲發(fā)射信號本身比較龐雜，難以進一步處理。
光信號法就是直接利用激光焊接過程中等離子體發(fā)出的特征光信號(λ＝5780A°)的光強為標準來實時監(jiān)測焊接質(zhì)量。在這種方法中被焊接材料十分特殊，是磷青銅和塑料焊接的異種材料接頭，因而光信號的特征容易確定，但不具有普適性;同時，該方法盡管對壞焊縫的接收概率α較小(α＝2%)，但對好焊縫的拒絕概率α卻較大(β＝26%)，因而帶來了二次檢測的困難。
聲信號法就是以等離子體發(fā)出的特征聲信號(6K-9KHz)的聲壓，為標準來實時監(jiān)測脈沖激光焊接質(zhì)量，由于單一聲信號易受環(huán)境噪音的影響，因而這種方法較難在實際中推廣應用。
本發(fā)明的目的就是為克服上述各種方法的不足之處，提供一種信號傳感及處理方便、監(jiān)測結果可靠性高的連續(xù)激光焊接質(zhì)量實時監(jiān)測方法，使得這種方法能普遍應用于各種材料的激光焊接生產(chǎn)中去。
本發(fā)明的基本原理是，當激光焊接的各種工藝參數(shù)均在一最佳范圍內(nèi)時，出現(xiàn)小孔效應焊狀態(tài)，此時，在較高的焊速下可獲得深熔透且成形良好的焊縫;而此過程一旦出現(xiàn)干擾，破壞了穩(wěn)定的小孔效應焊狀態(tài)，則焊縫很容易出現(xiàn)未焊透或其它缺陷。在小孔效應焊狀態(tài)下，大量蒸發(fā)的金屬原子由于自由電子級聯(lián)效應的作用產(chǎn)生激發(fā)和部分電離，從而形成等離子體。利用被焊材料蒸氣原子幅射出的可見光范圍的靈敏度光譜(即特征光信號)，和高頻范圍內(nèi)的可聽聲波(即特征聲信號);又由于特征光信號的光強I與蒸發(fā)的原子數(shù)N1成正比，特征聲信號的聲壓P與金屬蒸氣中的離子數(shù)N2成正比，因此，以激光誘導的等離子體發(fā)出的具有一定光強和聲壓的特征光、聲信號為標準可以用來判斷激光焊接過程中小孔形成狀態(tài)、材料和激光交互作用的狀態(tài)、各項焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定狀態(tài)，也就可以實現(xiàn)用光、聲信號聯(lián)合實時監(jiān)測激光焊接質(zhì)量。
基于上述原理，本發(fā)明所述的對連續(xù)激光焊接過程中焊接質(zhì)量的實時監(jiān)測方法為，用光電傳感器(2)來實取被焊工件(1)上等離子體發(fā)出的特征光信號，并轉換為電信號，電信號經(jīng)放大器(3)放大后，輸入雙限比較器(4)，以判斷光信號是否處于最佳范圍之內(nèi)，當焊接質(zhì)量良好，光信號強度落在最佳范圍之內(nèi)時，雙限比較器(4)輸出為低電平“0”(或高電平“1”)，否則輸出為高電平“1”(或低電平“0”)。
聲信號傳感器(5)用來提取等離子體發(fā)出的特征聲信號，經(jīng)信號處理電路(6)后，將輸出信號輸入另一雙限比較器(7)，使其與最佳值進行比較，當焊接質(zhì)量良好，聲信號聲壓落在最佳范圍之內(nèi)時，該雙限比較器(7)輸出低電平“0”(或高電平“1”)，否則輸出高電平“1”(或低電平“0”)。
最后以兩個雙限比較器(4、7)輸出信號輸入“與”門電路(8)進行運算后，將所得到信號作為報警電路(9)的觸發(fā)信號，一旦焊接狀態(tài)偏離最佳狀態(tài)，焊縫質(zhì)量不合格，報警電路就發(fā)出聲、光報警信號，從而實現(xiàn)利用光-聲信號聯(lián)合實時監(jiān)測激光焊接質(zhì)量。
依據(jù)本發(fā)明所述的方法中所說的光電傳感器可以是由聚焦透鏡、濾光片和光敏元件等組成;所說的信號處理電路可以是由阻抗匹配器、窄帶濾波器、檢測器，放大器等組成。
本發(fā)明的一個顯著特點(優(yōu)點)就在于光、聲信號都取之于激光焊接過程中金屬蒸發(fā)產(chǎn)生的等離子體，直接反映激光與被焊材料的相互作用狀態(tài);同時，以這兩個信號的聯(lián)合作用(即光強、聲壓有一個不在最佳范圍之內(nèi)，則判斷該焊縫為不合格)來對焊接質(zhì)量進行監(jiān)測，可大大提高抗干擾能力和監(jiān)測結果的可靠性度。此外，這兩個特征信號的采取與傳感無需與被焊工件接觸，處理簡便，適宜于在生產(chǎn)實際中使用。
附

圖1本發(fā)明所述方法的原理框圖。
權利要求
1.一種在連續(xù)激光焊接過程中對焊接質(zhì)量實時監(jiān)測的方法為，a，采用光電傳感器對被焊工件上等離子體發(fā)出的特征光信號進行提取，并轉換為電信號，該電信號經(jīng)過放大后輸入雙限比較器，以雙限比較器輸出的低電平(或高電平)或高電平(或低電平)判斷光信號強度是否處于最佳范圍之內(nèi)；b，采用聲信號傳感器提取等離子體發(fā)出的特征聲信號，該聲信號經(jīng)信號處理電路后，將得到的輸出信號輸入到另一雙限比較器，以該雙限比較器輸出的低電平(或高電平)或高電平(或低電平)判斷聲信號聲壓是否落在最佳范圍之內(nèi)；c，將兩個雙限比較器輸出的信號輸入“與”門電路進行運算后，將所得輸出信號作為報警電路的觸發(fā)信號。
全文摘要
本發(fā)明為一種對連續(xù)激光焊接過程中焊接質(zhì)量的實時監(jiān)測方法。利用激光焊接時出現(xiàn)的小孔效應焊接狀態(tài)，大量蒸發(fā)的金屬原子在自由電子級聯(lián)效應的作用下產(chǎn)生激發(fā)、電離形成的離子體發(fā)出的特征光、聲信號，對光、電、聲的測取。通過光、電子線路實現(xiàn)用光、聲信號聯(lián)合實時監(jiān)測激光焊接質(zhì)量。本發(fā)明所述的方法以光、聲兩個信號聯(lián)合作用對焊接質(zhì)量進行監(jiān)測，可大幅度提高抗干擾能力，和監(jiān)測可靠性，并有處理簡單，適宜于生產(chǎn)實際中使用的優(yōu)點。
文檔編號B23K26/00GK1072365SQ9111104
公開日1993年5月26日 申請日期1991年11月20日 優(yōu)先權日1991年11月20日
發(fā)明者胡倫驥, 李志遠, 駱紅, 羅金華, 胡席遠 申請人:華中理工大學