激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法
【專利摘要】激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法。激光焊接過程中，常規(guī)檢測方法很難找到有效識別焊接質(zhì)量、穩(wěn)定性及缺陷生成的可靠判定依據(jù)。本發(fā)明方法包括：首先依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合并進(jìn)行概率密度分析；第二，通過數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，即得出描述等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布情況；第三，對所述的概率密度分布函數(shù)進(jìn)行二次分析，從中提取出與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合；最后通過基值和躁動值的相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的識別。本發(fā)明用于激光焊接質(zhì)量檢測。
【專利說明】 激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
激光焊接作為ー種先進(jìn)的特種焊接エ藝，憑借其能量密度大、焊接速度高、焊縫熱影響區(qū)小、變形小、接頭機(jī)械性能高等優(yōu)勢，在エ業(yè)界的各個領(lǐng)域占據(jù)著不可替代的地位。隨著現(xiàn)代エ業(yè)對焊接需求的不斷加太，“高質(zhì)量、高效率、低成本、自動化”將成為未來焊接技術(shù)研究和發(fā)展的方向。因此，對于激光焊接過程實施焊接質(zhì)量快速無損檢測則顯得尤為重要。
[0003]由于激光等離子體主要是由高密度的激光束射人工件后，小孔內(nèi)的金屬蒸汽及保護(hù)氣體在激光作用下發(fā)生電離，導(dǎo)致電子密度雪崩式的增長而形成的。所以激光等離子體信號與焊接過程中小孔的內(nèi)部情況，如小孔內(nèi)氣壓、溫度及穩(wěn)定性變化等存在很大的關(guān)聯(lián)性，而激光焊接中小孔的狀態(tài)又直接決定了焊接質(zhì)量。因此，對激光等離子體信號的檢測和分析是對激光焊接過程熔透情況、穩(wěn)定性情況及缺陷易生成區(qū)域的較為直接、有效的檢測途徑。但是，由于激光焊接過程是ー個光、熱、力等綜合作用下的ー個高度非線性復(fù)雜的物理化學(xué)過程，多變量耦合作用使得等離子體信號產(chǎn)生劇烈波動，通過高速攝像觀察及圖像面積線性分析發(fā)現(xiàn)，等離子體具有非穩(wěn)態(tài)、非対稱、無規(guī)則、無固定周期、無重復(fù)性、強(qiáng)度和體積變化劇烈、隨機(jī)性高等特點。此外，等離子體面積信號極值所出現(xiàn)的位置，和實際焊接質(zhì)量也并不存在嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。所以等離子體信號線性分析模式下的常規(guī)檢測方法很難找到有效識別焊接質(zhì)量、穩(wěn)定性及缺陷生成的可靠判定依據(jù)。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法。
[0005]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
一種激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，根據(jù)激光焊接過程等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布規(guī)律與實際焊接條件之間的關(guān)聯(lián)性，首先依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合并進(jìn)行概率密度分析；第二，通過數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，即得出描述等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布情況；第三，對所述的概率密度分布函數(shù)進(jìn)行二次分析，從中提取出與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合；最后，通過基值和躁動值的相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的識別。
[0006]所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，進(jìn)行選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合時，可獲得各局部區(qū)域內(nèi)與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，對所述的特征值組合進(jìn)行計算，得出相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接全過程穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的有效識別。
[0007]所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，進(jìn)行所述的概率密度分析吋，選取合理的等離子體面積信號區(qū)間，逐一進(jìn)行概率密度分析，再根據(jù)該區(qū)域內(nèi)檢測數(shù)據(jù)點空間概率密度分布情況，采用數(shù)學(xué)分析辦法找到相應(yīng)的空間概率密度分布函數(shù)。
[0008]有益效果: 1.本發(fā)明利用激光等離子體面積信號空間的點陣概率密度分析手段的激光焊接熔深變化及焊接缺陷定性識別的快速無損檢測方法是ー種完全不同于以往單純的信號線性分析模式的新型檢測方法，具有測試效果穩(wěn)定及對焊接實際變化情況靈敏的特點。本發(fā)明的分析法采用的概率密度分析手段能夠有效屏蔽掉信號波動，并獲得任何時間段內(nèi)穩(wěn)定可靠的分布特征值，能夠在實際檢測時，提供可靠的比照參數(shù)。
[0009]本發(fā)明特征值提取時可以針對“有效”信號強(qiáng)度值區(qū)間進(jìn)行數(shù)值分析，因此可去除隨機(jī)干擾信號對檢測結(jié)果產(chǎn)生的不利影響。激光焊接過程等離子體面積的概率分布規(guī)律與實際焊接條件存在關(guān)聯(lián)性，通過焊接信號特征值變化，又發(fā)現(xiàn)實際焊接不穩(wěn)定區(qū)域和焊接缺陷易生成區(qū)域。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
附圖1是本發(fā)明基值線對焊縫熔深的識別能力的測試結(jié)果圖。
[0011]附圖2是本發(fā)明基值線與實際焊縫熔深的具體位置對比實驗的測試結(jié)果圖。
[0012]附圖3是本發(fā)明躁動值曲線對焊接穩(wěn)定性的識別能力的測試結(jié)果圖。
[0013]附圖4是本發(fā)明躁動值曲線對實際焊縫氣孔的識別能力的測試結(jié)果圖.附圖5是本發(fā)明基值線與躁動值曲線聯(lián)合使用后對焊縫成形的識別能力測試結(jié)果圖。
[0014]附圖6是本發(fā)明涉及等離子體面積信號點陣分布分析的等離子體面積隨時間變化的空間概率分布情況示意圖。
[0015]附圖7是本發(fā)明涉及等離子體面積信號點陣分布分析的等離子體面積概率密度分布曲線。
[0016]附圖8是本發(fā)明涉及擺動激光熱導(dǎo)焊條件下的等離子體面積信號概率密度分布曲線。
[0017]附圖9是本發(fā)明涉及無擺動激光焊接條件下的等離子體面積信號概率密度分布曲線。
[0018]附圖10是本發(fā)明涉及120HZ擺動頻率，擺動激光深熔焊條件下的等離子體面積信號概率密度分布曲線。
[0019]附圖11是本發(fā)明涉及220HZ擺動頻率，擺動激光深熔焊條件下的等離子體面積信號概率密度分布曲線。
[0020]【具體實施方式】:
實施例1:
一種激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，根據(jù)激光焊接過程等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布規(guī)律與實際焊接條件之間的關(guān)聯(lián)性，首先依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合并進(jìn)行概率密度分析；第二，通過數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，即得出描述等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布情況；第三，對所述的概率密度分布函數(shù)進(jìn)行二次分析，從中提取出與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，比如，與焊縫熔深有直接聯(lián)系的基值和與焊接缺陷有直接聯(lián)系的躁動值；最后通過基值和躁動值的相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的識別。
[0021]通過所述的相關(guān)特征值分析還能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接熔透性、焊縫側(cè)壁熔合性、焊縫表面質(zhì)量等更多方面的焊接質(zhì)量檢測。[0022]實施例2:
實施例1所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，進(jìn)行選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合時，可獲得各局部區(qū)域內(nèi)與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，對所述的特征值組合進(jìn)行計算，得出例如:基值和躁動值的相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接全過程穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的有效識別。
[0023]實施例3:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，此方法可以應(yīng)用到激光焊接、電弧焊接及復(fù)合焊接中的其它光學(xué)、電磁及聲學(xué)的檢測信號對于焊接質(zhì)量的檢測分析上。
[0024]實施例4:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，進(jìn)行所述的概率密度分析吋，選取合理的等離子體面積信號區(qū)間，逐一進(jìn)行概率密度分析，再根據(jù)該區(qū)域內(nèi)檢測數(shù)據(jù)點空間概率密度分布情況，采用數(shù)學(xué)分析辦法找到相應(yīng)的空間概率密度分布函數(shù)；在檢測信號概率密度分布函數(shù)中，存在與激光焊接質(zhì)量相關(guān)的有效信息，主要包括:
I)在等離子體面積信號空間分布的最密集區(qū)域，找到檢測信號里最集中出現(xiàn)的信號強(qiáng)度數(shù)值，定義其為基值；所有局部基值逐點連接成為基值線，基值線與焊縫熔深變化存在關(guān)聯(lián)性，以此作為焊縫熔深檢測的依據(jù)。
[0025])在等離子體面積信號空間分布中，除了分布的最密集區(qū)域以外，其它區(qū)域內(nèi)的點也同樣會對焊接效果產(chǎn)生作用，它們出現(xiàn)位置與基值距離越遠(yuǎn)，分布概率越大，對基值焊接效果下產(chǎn)生的波動也就越大，將其定義為躁動值；所有局部躁動值逐點連接成為躁動值曲線，躁動值曲線與エ藝類氣孔間也存在關(guān)聯(lián)性，以此作為焊縫缺陷檢測的依據(jù)。
[0026])在等離子體面積信號空間分布中，同樣能提取出表征熔透性、側(cè)壁熔合性及表面缺陷的特征信息，用于焊接質(zhì)量檢測。
[0027]實施例5:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，選取所述的局部監(jiān)測信號點集合時，通過高速攝像機(jī)拍攝激光焊接過程中等離子體圖像，然后利用計算機(jī)對每ー幀所述的等離子體圖像進(jìn)行圖像處理；所述的圖像處理步驟為將彩色離子體圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，再根據(jù)圖像的面積和形狀與原始圖像的一致原則進(jìn)行ニ值化處理，最后采用軟件運算方法去除飛濺，此時獲得等離子體面積信號數(shù)值。
[0028]實施例6:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，實驗結(jié)果如附圖1所示，基值線對焊縫熔深的識別能力，實驗選取熔深差別較為明顯的激光熱導(dǎo)焊、較小熔深激光深熔焊和較大熔深激光深熔焊，作為研究對象，a曲線I為實測得到的激光等離子體面積原始信號，b曲線2為計算得到的與焊接熔深相關(guān)的基值線，c曲線3為計算得到的與焊接穩(wěn)定性相關(guān)的躁動值曲線，通過曲線得知，在激光熱導(dǎo)焊時基值線的值是最小的，而且?guī)缀鯚o波動；而在較小熔深激光深熔焊時，基值線數(shù)值有明顯躍升且波動幅度明顯加大；在較大熔深激光深熔焊時，基值數(shù)值再度加大；而實際焊接結(jié)果是，熱導(dǎo)焊熔深最淺，且?guī)缀鯚o明顯波動；較小熔深激光深熔焊和較大熔深激光深熔焊熔深依次増大，且存在較明顯波動，因此，實驗結(jié)果和檢測結(jié)果是完全一致的。
[0029]實施例1: 實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，實驗結(jié)果如附圖2所示，基值線與實際焊縫熔深的具體位置對比實驗，實驗選取焊接エ藝為激光功率4KW，焊接速度2m/min,離焦量-23mm,保護(hù)氣流量20L/min,焊槍傾角15°，光纖尺寸200nm,a輔助線4以上是基值線數(shù)值較高的區(qū)域，b輔助線5以下是實際焊縫熔深較深的區(qū)域，通過對比可知，ニ者相似度極高，證明基值線對于焊縫熔深的判定提供依據(jù)。
[0030]實施例8:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，實驗結(jié)果如附圖3所示，驗證躁動值曲線對焊接穩(wěn)定性的識別能力，實驗選取含有エ藝類氣孔較多的激光深熔焊和抑制氣孔較好エ藝下的激光深熔焊作為研究対象，d曲線6為計算得到的與焊接穩(wěn)定性相關(guān)的躁動值曲線，從圖中不難發(fā)現(xiàn)含有エ藝類氣孔較多的激光深熔焊的躁動值要明顯高于抑制氣孔較好エ藝下的激光深熔焊，且波動非常劇烈，說明含有エ藝類氣孔較多的激光深熔焊的穩(wěn)定性是較差的，而實際焊接結(jié)果無論從焊縫表面還是焊縫內(nèi)部氣孔情況都證實了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0031]實施例9:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，實驗結(jié)果如附圖4所示，e曲線
7為躁動值曲線對實際焊縫氣孔的識別能力，實驗選取焊接エ藝為激光功率為4KW，焊接速度為2m/min，離焦量為0mm，保護(hù)氣流量為20L/min，焊槍傾角15°，光纖尺寸200nm，圖中所述的e曲線所代表的躁動值曲線出現(xiàn)較高數(shù)值的位置剛好是氣孔集中出現(xiàn)的位置，實驗結(jié)果和檢測結(jié)果完全相符。
[0032]實施例10:
實施例1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，實驗結(jié)果如附圖5所示，驗證基值線與躁動值曲線聯(lián)合使用后對焊縫成形的識別能力，實驗選取熔深及氣孔缺陷差別較為明顯的含有エ藝類氣孔較多的激光深熔焊和另外兩種抑制氣孔較好エ藝下的激光深熔焊作為研究對象，其中第二組激光焊實驗中，由于初始試板溫度較低形成的是激光熱導(dǎo)焊，而隨后隨著試板溫度的累積升高又形成了激光深熔焊，這ー過程通過基值線的變化曲線，被很好的記錄下來，從圖中還能夠得出，含有エ藝類氣孔較多的激光深熔焊時基值最高，后兩種エ藝下的激光深熔焊基值較小，激光熱導(dǎo)焊基值最小，此方面可以和實際熔深結(jié)果完全對應(yīng)上。
[0033]另外，對躁動值曲線觀察也不難發(fā)現(xiàn)，含有エ藝類氣孔較多的激光深熔焊時躁動值最高，后兩種エ藝下的激光深熔焊躁動值較小，說明后兩種激光焊接エ藝可以有效降低激光深熔焊的氣孔傾向，實驗結(jié)果中氣孔率的數(shù)值也進(jìn)ー步證實了這ー檢測結(jié)果。
[0034]實驗表明將焊接熔深特征值和焊接穩(wěn)定性特征值聯(lián)合使用后，可較為真實的反映出激光焊接過程焊縫成形情況，此方法是ー種對焊接質(zhì)量在線檢測的有效識別方法。
【權(quán)利要求】
1.一種激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，其特征是:根據(jù)激光焊接過程等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布規(guī)律與實際焊接條件之間的關(guān)聯(lián)性，首先依次選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合并進(jìn)行概率密度分析；第二，通過數(shù)學(xué)分析方法得出相應(yīng)位置的概率密度分布函數(shù)，即得出描述等離子體面積信號空間點陣的概率密度分布情況；第三，對所述的概率密度分布函數(shù)進(jìn)行二次分析，從中提取出與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合；最后，通過基值和躁動值的相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的識別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，其特征是:進(jìn)行選取各固定區(qū)間內(nèi)的局部檢測信號點集合時，可獲得各局部區(qū)域內(nèi)與焊接狀態(tài)及焊接缺陷有直接關(guān)聯(lián)的特征值組合，對所述的特征值組合進(jìn)行計算，得出相關(guān)特征值分析實現(xiàn)對激光焊接全過程穩(wěn)定性、焊縫熔深變化及焊接缺陷位置的有效識別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光焊接質(zhì)量快速無損檢測方法，其特征是:進(jìn)行所述的概率密度分析時，選取合理的等離子體面積信號區(qū)間，逐一進(jìn)行概率密度分析，再根據(jù)該區(qū)域內(nèi)檢測數(shù)據(jù)點空間概率密度分布情況，采用數(shù)學(xué)分析辦法找到相應(yīng)的空間概率密度分布函數(shù)。
【文檔編號】G01N21/88GK103499579SQ201310459378
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月2日
【發(fā)明者】孫謙, 王旭友, 王威, 雷振, 滕彬, 李 榮, 陳曉宇, 周立濤, 李長義 申請人:機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所