CN104625414A - 多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法。电弧加热熔池，熔池尺寸逐渐增大；与此同时，激光分束器发射出多束阵列激光照射到熔池上，给熔池一定频率的冲击力；冲击力致使熔池振幅的变化，引起弧长和电弧电压的变化，用示波器采集电弧电压变化曲线；熔池固有振荡频率与阵列激光作用频率一致时，熔池产生谐振，其振幅最大，电压变化幅值也最大，熔池长大到预定尺寸；计算机控制系统根据电压变化幅值实时控制焊缝熔透。阵列激光脉冲频率1-1000Hz。本发明通过阵列激光频率决定谐振熔池尺寸，也就是通过阵列激光频率的选择来控制熔池尺寸的大小，实现对焊缝熔透的控制。与已有的熔池激振方法相比，本发明精度高和稳定性、重复性好。

Description

多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法
技术领域
本发明涉及一种多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法，属于焊接质量控制和焊接过程自动化领域。
背景技术
熔透控制是实现焊接质量控制和焊接过程自动化的焦点和难点，而实现熔透控制关键在于如何有效地获取表征焊接熔透状态的信号。目前，众多学者对熔透信号检测进行了相关研究，主要检测手段有焊接温度场检测、视觉图像检测、超声波、电弧声检测和熔池振荡检测等。其中视觉检测法和熔池振荡法的应用研究较多。
熔池振荡法因熔池振荡频率与熔透间具有直接的物理对应关系以及其方法简洁而备受关注。当前研究采用脉冲电流或变频电流对熔池进行激振熔池，此类方法在行走焊时电弧作用力偏移导致熔池振荡水平降低，并由于在正常焊接电流上附加或叠加脉冲或变频电流，对焊接过程和焊接工艺会有一定影响。
发明内容
本发明的目的是针对电流激振熔池存在的不足，提供一种精度高、重复和稳定性好的多束阵列激光主动激振熔池方法。
多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法，包括下述步骤：
一、调节激光分束器和焊枪的空间位置，使激光束作用于熔池区域内；
二、电弧加热母材，形成熔池，熔池尺寸逐渐增大；同时，激光分束器发射出一定频率的多束阵列激光照射到熔池上，给熔池一定频率的冲击力；
三、冲击力致使熔池振幅的变化，引起弧长和电弧电压的变化，用示波器采集电弧电压变化曲线；
四、熔池固有振荡频率与阵列激光作用频率一致时，熔池产生谐振，其振幅最大，电压变化幅值也最大，熔池长大到预定尺寸；
五、计算机控制系统根据电压变化幅值控制激光分束器和焊枪行走速度实现对焊缝熔透的实时控制。
进一步，所述激光为单束激光或多束阵列激光。
进一步，所述激光频率20-1000Hz。
与现有采用脉冲或变频电流激振熔池的方法相比，本发明采用多束阵列激光主动激振熔池的方法具有以下特点：
1)多束阵列激光可精确作用于熔池区域内激振熔池，不会出现由于电弧相对工件连续行走时，电弧作用力中心点偏离熔池中心导致诱发熔池振荡困难的问题。
2)采用多束阵列激光激振熔池稳定性好，不易受外界因素干扰，并且重复性好，不会出现叠加电流影响焊接过程和焊接工艺的问题。
本发明多束阵列激光主动激振熔池熔透控制的具体方法由以下附图和实施例详细给出。
激光束自身具有能量集中和稳定性好的优点，并且其作用在熔池上的作用力不会受焊接环境(例如焊接电弧的电弧力，焊接保护气体的吹力)的影响，因此整个激振过程作用力稳定；
相比已有的在正常焊接电流上附加脉冲或变频电流的激振方法(此类方法由于附加了脉冲电流，焊接时熔滴过渡方式因此改变，由此会造成熔池不稳定，则熔池振荡不稳定，电压信号也会不稳定，整个激振过程不稳定；同时熔滴过渡方式改变还会影响焊接电流的变化，例如射滴过渡转变为短路过渡时，会引起电流瞬时增大很多，出现焊接缺陷。总之附加脉冲电流会和焊接工艺参数互相影响，造成激振和焊接过程不稳定)，本方法引入激光束激振熔池，不会与焊接工艺参数互相影响，就不会对激振和焊接过程稳定性造成不利影响。
附图说明
图1是多束阵列激光主动激振熔池熔透控制方法的示意图。
图中：1-计算机控制系统、2-示波器、3-焊枪、4-熔池、5-激光束、6-激光分束器、7-母材。
图2是焊缝背面熔透图
图3是焊缝横截面熔透示意图
具体实施方式
本实施例采用的设备包括：计算机控制系统1、示波器2和激光分束器6。计算机控制系统1可根据示波器2采集的电压变化幅值曲线控制焊枪3和激光分束器6的行走；示波器2具有采集熔池振荡时电弧电压变化曲线的功能；激光分束器6具有将单束激光转换为多束阵列激光的功能。
以母材5为5mm厚Q235低碳钢焊接为例，激光频率60-80Hz，激光分束器6发射出3束激光沿焊接方向均布在熔池4内。
实施例焊接效果图见图2、3，具体激光激振熔池熔透控制包括以下步骤：
一、调节激光分束器6和焊枪3的空间位置，使激光束5作用于熔池4区域内；
二、电弧加热母材7-Q235低碳钢，形成熔池4，熔池尺寸逐渐增大；同时，激光分束器6发射出60-80Hz的3束激光沿着焊接方向排列照射到熔池4上，给熔池4一定频率的冲击力；
三、冲击力致使熔池振幅的变化，引起弧长和电弧电压的变化，用示波器2采集电弧电压变化曲线；
四、熔池振荡频率与阵列激光作用频率一致时，熔池4产生谐振，其振幅最大，电压变化幅值也最大，熔池达到熔透状态；
五、计算机控制系统1根据电压变化幅值控制激光分光器6和焊枪3以200mm/min的速度进行焊接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (3)

1.多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法，其特征在于包括下述步骤：
一、调节激光分束器和焊枪的空间位置，使激光束作用于熔池区域内；
二、电弧加热母材，形成熔池，熔池尺寸逐渐增大；同时，激光分束器发射出单束激光或多束阵列激光激光照射到熔池上，给熔池冲击力；
三、冲击力致使熔池振幅的变化，引起弧长和电弧电压的变化，用示波器采集电弧电压变化曲线；
四、熔池固有振荡频率与阵列激光作用频率一致时，熔池产生谐振，其振幅最大，电压变化幅值也最大，熔池长大到预定尺寸；
五、计算机控制系统根据电压变化幅值控制激光分束器和焊枪行走速度实现对焊缝熔透的实时控制。
2.根据权利要求1所述的多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法，其特征在于：所述多束阵列激光为多束激光按阵列排布。
3.根据权利要求1所述的多束阵列激光主动激振熔池的熔透控制方法，其特征在于：所述激光脉冲频率为20-1000Hz。
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