專(zhuān)利名稱(chēng)：焊縫檢查的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序所述的、對(duì)在對(duì)焊過(guò)程中通過(guò)激光束深層焊方式實(shí)現(xiàn)的焊接頭進(jìn)行焊縫檢查的方法和裝置。
經(jīng)過(guò)專(zhuān)用切割和焊接的板件(所謂的“特制坯件”)尤其是正在被逐漸廣泛地應(yīng)用到汽車(chē)領(lǐng)域。因此，一方面的目標(biāo)是節(jié)約管材，另一方面的目標(biāo)是可以簡(jiǎn)化工藝設(shè)計(jì)和工藝流程。這樣的“特制坯件”是在對(duì)焊中通過(guò)激光焊制成的。因而，兩個(gè)互補(bǔ)切割的板件的邊緣被對(duì)接起來(lái)，用夾具固定住它們并使其經(jīng)過(guò)一個(gè)裝備有激光器的焊接工位。尤其是，為此采用了大功率激光器，可以利用這樣的激光器進(jìn)行深層焊。
除了造成金屬熔化外，大功率激光器還造成金屬汽化并形成了等離子。在熔融區(qū)上方和熔融區(qū)內(nèi)的等離子的汽壓在熔池中沖開(kāi)了一個(gè)深窄的毛細(xì)孔。然而，在熔池(所謂的“焊池”)上方形成的等離子云或等離子焰可能變得太熱、太密，這可能造成激光束被屏蔽住并且中斷了焊接過(guò)程。因此，一般供應(yīng)工作氣體(主要是氦氣或氬氣)來(lái)冷卻等離子并因而減小其密度。在激光束深層焊過(guò)程中，液態(tài)金屬連續(xù)飛入毛細(xì)孔中，而這些金屬液在其它情況下又可能爆炸性地被噴出。大多數(shù)噴射金屬或飛濺金屬是在焊接平面內(nèi)飛行的，所述焊接平面通過(guò)焊縫和激光束被拉緊。
深層焊工藝的穩(wěn)定性和進(jìn)而焊縫質(zhì)量取決于許多參數(shù)如焊接速度、激光器性能、工件材質(zhì)且尤其是邊緣表面和邊緣走向。對(duì)于可重復(fù)的一致焊接結(jié)果來(lái)說(shuō)，氣體動(dòng)態(tài)狀況即工作氣體供應(yīng)方式、焊接煙氣的排除和激光發(fā)射管通風(fēng)情況是很重要的。所有這些參數(shù)在焊接過(guò)程中處于復(fù)雜且不穩(wěn)定的平衡中。
因偶然改變參數(shù)而導(dǎo)致的平衡位置錯(cuò)誤可能導(dǎo)致暫時(shí)中斷深層焊過(guò)程并可能造成無(wú)規(guī)律地從焊池中噴射出熔融物。在噴濺材料量小的情況下，局部缺少的金屬又被液態(tài)焊池取代了。但如果大量噴出金屬，則沒(méi)有出現(xiàn)愈合口，并且在焊縫上產(chǎn)生了滴狀材料堆積。材料堆積可能遍及長(zhǎng)為0．5毫米-5毫米的焊縫的整個(gè)范圍并具有1毫米的高度。由于噴濺并堆積的材料不再飛濺回焊接毛細(xì)孔中，所以在這樣的滴狀材料堆積前，在焊縫中出現(xiàn)了弧坑、焊溝或氣隙。這樣的焊接缺陷一般出現(xiàn)在用大功率激光器進(jìn)行焊接的過(guò)程中，并且根據(jù)ISO13919-1所定的激光束焊接頭焊縫質(zhì)量技術(shù)要求，這一般是不能允許的。
因此，已經(jīng)知道了各種可以檢查焊縫質(zhì)量的方法。尤其是讓本領(lǐng)域技術(shù)人員知道了在激光束深層對(duì)接焊中進(jìn)行焊縫檢查的方法，例如專(zhuān)利………(Soudronic)所述的那樣。該文獻(xiàn)所公開(kāi)的方法涉及借助光學(xué)系統(tǒng)來(lái)探測(cè)焊縫截面形狀。接著，計(jì)算機(jī)可以分析板件焊接頭的焊縫截面形狀是否符合質(zhì)量要求。在該方法中，進(jìn)行共約15毫米的焊接截面形狀測(cè)量。
另一種已知的焊縫檢查方法如由US4，827，099所公開(kāi)的方法監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程并涉及探測(cè)由等離子云發(fā)射出的紫外光和由灼熱的焊接噴嘴發(fā)出的IR射線(xiàn)。在該方法中，通過(guò)比較所測(cè)光譜值與所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)探測(cè)焊接缺陷。這樣的焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)方法延長(zhǎng)了費(fèi)事的標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)置時(shí)間并需要復(fù)雜的探測(cè)結(jié)構(gòu)。不幸的是，總是出現(xiàn)誤報(bào)，因?yàn)樵谠摲椒ㄖ?，只考慮了復(fù)雜焊接過(guò)程的兩個(gè)測(cè)量值。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種在激光束深層對(duì)焊過(guò)程中檢查焊縫的方法和裝置，它們沒(méi)有已知方法和裝置的缺點(diǎn)并且尤其是能夠簡(jiǎn)單并可靠地檢查焊縫。
尤其是可以提供這樣的方法和裝置，即利用該方法和裝置能夠簡(jiǎn)單地探測(cè)到焊接缺陷且尤其是弧坑、焊溝、氣隙和／或材料沿焊縫堆積并因而可以檢查是否符合ISO13919-1所述的技術(shù)要求。
根據(jù)本發(fā)明，利用如權(quán)利要求1所述的焊縫檢查方法具有權(quán)利要求5所述特征的裝置而完成了上述任務(wù)。尤其是，為了在一個(gè)在對(duì)焊過(guò)程中通過(guò)激光束深層焊進(jìn)行的板件焊接頭中測(cè)知所述焊接缺陷而設(shè)置了這樣的裝置，即利用該裝置沿焊縫連續(xù)掃描焊縫高度。因此，不僅可以測(cè)知弧坑、焊溝和氣隙，而且可以測(cè)知上述的在焊縫上的材料堆積。
由于焊縫焊接缺陷在用大功率激光器進(jìn)行的深層焊中總是伴隨著后續(xù)的滴狀材料堆積，而這產(chǎn)生了遍及整個(gè)焊縫范圍的顯著的焊縫增高區(qū)，所以在本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，只探測(cè)焊縫增高區(qū)。
顯然，所掃描出的高度值被送往一個(gè)顯示器和／或計(jì)算機(jī)。尤其是，計(jì)算機(jī)可以將所掃描的值與ISO13919-1的各質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行比較，計(jì)算機(jī)顯示出準(zhǔn)確的焊接缺陷和／或存儲(chǔ)所測(cè)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于以下這個(gè)最簡(jiǎn)單的測(cè)量原理，即它允許簡(jiǎn)單的裝置結(jié)構(gòu)并且形成了一個(gè)可靠、不復(fù)雜且低成本的檢查焊縫及測(cè)知焊接缺陷的方法。
這個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量方法允許使用各種沿焊縫連續(xù)掃描焊縫高度的裝置。顯然，所有技術(shù)人員已知的測(cè)距裝置都是可以使用的?？衫闷溥B續(xù)掃描焊縫的光學(xué)測(cè)距儀可以被視為適當(dāng)?shù)难b置。
在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置了一個(gè)可機(jī)械偏轉(zhuǎn)的探針，其偏轉(zhuǎn)例如可以借助壓電晶體被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
作為沿焊縫掃描焊縫高度的裝置，可以采用測(cè)距用的常見(jiàn)裝置。
以下，借助附圖并結(jié)合一個(gè)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。其中

圖1是完美焊縫的示意圖；圖2是深層焊過(guò)程的示意圖；圖3是形成弧坑的焊縫的示意圖；圖4是形成氣隙的焊縫的示意圖；圖5是本發(fā)明裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
圖1示意地示出了在對(duì)焊過(guò)程中通過(guò)激光束深層焊方式實(shí)現(xiàn)的兩塊厚度不同板件12、12的焊接頭的焊縫11。焊縫寬度14、垂直于焊縫的垂直截面形狀15和沿焊縫的上表面結(jié)構(gòu)16由焊接參數(shù)決定，例如由激光器性能、工件材質(zhì)且尤其是邊緣上表面、邊緣走向和邊緣準(zhǔn)備情況以及板邊厚度和焊接速度。因此，例如焊縫寬度14可以在0．3毫米-1．3毫米之間變化。在符合標(biāo)準(zhǔn)的板件焊接頭中，焊縫11通常具有鱗片狀表面結(jié)構(gòu)16，其焊縫高度沿?cái)?shù)百毫米范圍內(nèi)的焊縫的變化值，如等于0．02毫米。
在此所用的術(shù)語(yǔ)“板件”是指金屬的且最好是由鋼制成的平面件，如大小、厚度、表面積隨意的金屬帶、金屬片或金屬板。在此所述的板件焊接頭是指通過(guò)焊接形成的板邊緣之間的連接，其中板邊緣可以具有不同厚度并且不一定要來(lái)源于兩個(gè)分開(kāi)的板件，而是可以屬于一塊如預(yù)先被滾圓的整體板件。在這里，用術(shù)語(yǔ)“對(duì)焊”來(lái)表示平齊地對(duì)準(zhǔn)并固定住板邊緣的板件狀態(tài)。術(shù)語(yǔ)“焊縫高度”包括焊縫凹道以及焊縫增高區(qū)。
圖2示意地示出了在焊接地點(diǎn)的情況。另外，大功率激光束21撞擊要焊接的(未示出)板件22、23。激光束21的沖擊能量造成板件22、23熔化并形成了焊池27。另外，由激光束21引起的熱量產(chǎn)生了等離子24，所述等離子在焊池27中形成了一個(gè)深窄的毛細(xì)孔25。通過(guò)板件22、23與激光束21的相對(duì)運(yùn)動(dòng)R，在焊池27后出現(xiàn)了一個(gè)焊料固化的區(qū)域26，它構(gòu)成了焊縫。如圖2所示，在激光束21前面的液化金屬28因焊接過(guò)程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)R而另外選擇了激光束21的背面29并優(yōu)選地覆蓋在區(qū)域26的上側(cè)。另外，形成了鱗片狀的表面結(jié)構(gòu)。還可以借助該圖了解到以下內(nèi)容，即在等離子24平衡出現(xiàn)干擾時(shí)，液態(tài)焊料充入毛細(xì)孔25中，因而沒(méi)有或只形成了少量焊接頭。如果激光束21沖擊已存在的焊池27，則可以爆炸性地大量噴濺出液態(tài)焊料。這種噴濺一般在焊接能束后面位于焊縫上并且可以明顯地看到它們成滴狀。
圖3所示的兩塊等厚板件32、33的焊接頭的焊縫31具有成弧坑形狀的焊接缺陷34，其后緊跟著滴狀材料堆積35。這樣的弧坑(也被稱(chēng)為直徑至少為0．1毫米的氣孔)可以具有不同的深度，它們一般不超過(guò)整個(gè)焊縫寬度并優(yōu)選地位于焊縫中央。滴狀材料堆積35導(dǎo)致了焊縫增高區(qū)，它可能分布在整個(gè)焊縫范圍內(nèi)并且具有0．5毫米-5毫米的長(zhǎng)度和高達(dá)數(shù)十毫米的高度。
圖4所示的兩塊等厚板件42、43之間焊縫41的示意圖具有成焊縫氣隙形式的焊接缺陷44，其中隨后緊跟著滴狀材料堆積45。這樣的焊縫氣隙一般長(zhǎng)0．05毫米-0．2毫米并且一般不是分布在整個(gè)焊縫范圍內(nèi)，而是具有0．2毫米的寬度。焊縫氣隙44通常成直徑約為0．2毫米的氣孔狀。滴狀材料堆積45導(dǎo)致了焊縫增高區(qū)，它具有數(shù)十毫米的高度。
圖5示意地畫(huà)出了執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置。為了沿兩塊厚度不同的板件52、53的焊接頭的焊縫51掃描焊縫高度，最好采用光學(xué)器件54。在該實(shí)施例中，光學(xué)器件54包括三個(gè)配備有半導(dǎo)體激光器的光學(xué)測(cè)距儀，它最好相對(duì)表面法線(xiàn)成30度的斜角。
在另一個(gè)實(shí)施例中，代替光學(xué)探測(cè)器件采用了探針，使所述探針沿焊縫51移動(dòng)。探針偏轉(zhuǎn)可以借助壓電晶體被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再用適當(dāng)?shù)拈撝涤?jì)算線(xiàn)路處理所述電信號(hào)。技術(shù)人員顯然可以想到采用其它看起來(lái)適用于他的測(cè)距儀如超聲波探測(cè)器。探測(cè)器的結(jié)構(gòu)不是本發(fā)明的內(nèi)容，因此在這里沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)選擇適當(dāng)探測(cè)器來(lái)說(shuō)，探測(cè)器能夠可靠簡(jiǎn)單地測(cè)定數(shù)十毫米數(shù)量級(jí)的厚度差的能力是重要的。因此，尤其是探測(cè)器應(yīng)該可以在這個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)探測(cè)到焊縫增高區(qū)。
本發(fā)明方法和本發(fā)明裝置的優(yōu)點(diǎn)是，在用大功率激光器進(jìn)行深層焊時(shí)，尤其是通過(guò)單獨(dú)探測(cè)焊縫增高區(qū)而獲得了焊接缺陷探測(cè)的簡(jiǎn)單性。另外，連續(xù)掃描焊縫能可靠探測(cè)焊接缺陷。
權(quán)利要求
1．一種對(duì)在對(duì)焊過(guò)程中通過(guò)激光器深層焊方式實(shí)現(xiàn)的焊接頭進(jìn)行焊縫檢查的方法，其特征在于，為測(cè)知焊接缺陷，沿焊縫連續(xù)地掃描焊縫高度。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)焊縫增高區(qū)來(lái)探測(cè)焊接缺陷。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一個(gè)機(jī)械探針來(lái)掃描焊縫高度。
4．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一個(gè)光學(xué)測(cè)距儀來(lái)掃描焊縫高度。
5．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一個(gè)聲學(xué)測(cè)距儀來(lái)掃描焊縫高度。
6．一種實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于，它為了測(cè)知焊接缺陷而具有一個(gè)沿焊縫連續(xù)掃描焊縫高度的掃描裝置。
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有探測(cè)焊縫增高區(qū)的器件。
8．如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有至少一個(gè)機(jī)械探針。
9．如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有至少一個(gè)光學(xué)測(cè)距儀。
10．如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有至少一個(gè)聲學(xué)測(cè)距儀。
全文摘要
當(dāng)在對(duì)焊中檢查激光焊接焊縫時(shí),出現(xiàn)了很大難度。根據(jù)本發(fā)明,為了測(cè)知焊接缺陷,沿焊縫連續(xù)地掃描焊縫高度。根據(jù)焊縫增高區(qū)來(lái)探測(cè)焊接缺陷。
文檔編號(hào)B23K26/03GK1291928SQ99803519
公開(kāi)日2001年4月18日 申請(qǐng)日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月2日
發(fā)明者D·維爾德曼 申請(qǐng)人:埃爾帕特朗尼股份公司