CN105215551A - 激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，包括如下步骤：步骤1：采集复合等离子体光谱特征；步骤2：选取与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线；步骤3：计算所述气体谱线比上所述金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失。本发明还提供相应的装置。本发明能够使激光-电弧复合焊接一直处于协同增强效应状态，提高了焊接的效率。

Description

激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法及装置
技术领域
本发明涉及激光-电弧复合焊接，具体地，涉及一种激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法及装置。
背景技术
优质、高效、低成本的焊接方法一直是焊接工作者不懈的追求，通过两个或者以上焊接热源的协同作用是实现优质、高效、低成本焊接的一个重要途径，激光-电弧复合焊接便是其中最有发展前景的先进焊接方法之一。目前，激光-电弧复合焊接已在工业领域得到了大幅度的应用。
激光-电弧复合焊最佳的工艺效果是发挥激光和电弧的协同作用，使得激光-电弧复合焊取得了1+1>2的效果。然而，已有研究表明大电流条件下激光不再吸引、压缩电弧，激光、电弧协同增强效应消失，激光-电弧复合焊的熔深甚至小于相同条件的下的激光焊，激光-电弧复合焊接模式也从深熔焊转向热导焊，这是复合焊接应该避免的工艺参数范围。
在实际的激光-电弧复合焊接工艺过程中，为了获得稳定的激光-电弧复合焊接过程和焊缝成形，必须保证焊接模式的一致性，即一直处于激光-电弧复合焊接协同增强效应状态。因此需要对激光-电弧复合焊接过程协同增强效应进行快速、准确地监测。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法及装置。
本发明的一个方面提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，包括如下步骤：
步骤1：采集复合等离子体光谱特征；
步骤2：选取与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线；
步骤3：计算所述气体谱线比上所述金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失。
优选地，所述气体谱线根据电弧保护气不同对应选择Ar谱线、He谱线或N谱线。
优选地，所述待焊材料对应的金属谱线根据待焊材料所含的合金元素可对应选择金属谱线。
优选地，在步骤2中，选择与焊接保护气氛对应的任一波长的气体谱线和与待焊接材料对应的任一波长金属谱线。
优选地，激光采用CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。
优选地，电弧采用TIG电弧、MIG电弧或等离子弧。
本发明的另一个方面提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置，包括：光谱仪、控制主机和显示器；
所述光谱仪和所述显示器均连接所述控制主机；所述光谱仪用于采集复合等离子体光谱特征；所述控制主机用于计算与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失；所述显示器用于显示所述气体谱线、所述金属谱线以及所述强度比值。
优选地，还包括三维坐标调整装置，所述光谱仪包括光纤；所述光纤连接所述三维坐标调整装置；所述三维坐标调整装置连接所述控制主机。
优选地，还包括透镜和狭逢；
所述光纤依次通过所述狭逢、所述透镜采集复合等离子体光谱特征。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够使激光-电弧复合焊接一直处于协同增强效应状态，提高了焊接的效率；
2、本发明通过光谱仪等常用设备即可实现，易于推广应用；
3、本发明通过监控谱线和所述金属谱线的强度比值使焊接一直处于协同增强效应状态，适用范围较广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法的步骤流程图；
图2为本发明中激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置的结构示意图；
图3为本发明中Ar谱线和Mg谱线的谱线图。
图中：
1为显示器；
2为控制主机；
3为光谱仪；
4为光栅；
5为光纤；
6为三维坐标调整装置；
7为狭逢；
8为透镜；
9为气体喷嘴；
10为电极；
11为电弧；
12为熔滴；
13为熔池；
14为激光束。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
激光-电弧复合焊最佳的工艺效果是发挥激光和电弧的协同作用，使得激光-电弧复合焊取得了1+1>2的效果。然而，已有研究表明大电流件下激光不再吸引、压缩电弧，激光、电弧协同增强效应消失，激光-电弧复合焊的熔深甚至小于相同条件的下的激光焊，激光-电弧复合焊接模式也从深熔焊转向热导焊，这是复合焊接应该避免的工艺参数范围。在实际的激光-电弧复合焊接工艺过程中，为了获得稳定的激光-电弧复合焊接过程和焊缝成形，必须保证焊接模式的一致性，即一直处于激光-电弧复合焊接协同增强效应状态。因此需要对激光-电弧复合焊接过程协同增强效应进行快速、准确地监测。
在本实施例中，本发明提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，包括如下步骤：
步骤1：采集复合等离子体光谱特征；
步骤2：选取与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线；
步骤3：计算所述气体谱线比上所述金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失，需要调节相应的工艺参数。
所述气体谱线根据电弧保护气不同对应选择Ar谱线、He谱线或N谱线。所述待焊材料对应的金属谱线根据待焊材料所含的合金元素可对应选择金属谱线。所述激光采用CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器等激光器。所述电弧采用TIG电弧、MIG电弧或等离子弧等电弧。
在变形例中，在步骤2中，理论上可选择与焊接保护气氛对应的任一波长的气体谱线和与待焊接材料对应的任一波长金属谱线，计算选中的任一所述气体谱线和任一所述金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，实际操作时一般选择与焊接保护气氛对应的强度较高的某一波长的气体谱线和与待焊接材料对应的光谱强度较高的某一波长金属谱线即可。
本发明提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置包括光谱仪、控制主机和显示器；
所述光谱仪和所述显示器均连接所述控制主机；所述光谱仪用于采集复合等离子体光谱特征；所述控制主机用于计算与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失；所述显示器用于显示所述气体谱线、所述金属谱线以及所述强度比值。
本发明提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置还包括三维坐标调整装置，所述光谱仪包括光纤；所述光纤的一端设置在所述三维坐标调整装置；所述三维坐标调整装置连接所述控制主机。
本发明提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置还包括透镜和狭逢；所述光纤依次通过所述狭逢、所述透镜采集复合等离子体光谱特征。
如图3所示，采用本发明提供的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法对LF6铝合金激光-电弧复合焊接等离子体光谱采集，选取了ArI420.067和MgI383.829谱线，当ArI420.067比上MgI383.829的强度比值小于强度比值阈值0.55时，处于协同增强效应，反之当大于0.55时，协同增强效应消失。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集复合等离子体光谱特征；
步骤2：选取与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线；
步骤3：计算所述气体谱线比上所述金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失。
2.根据权利要求1所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，其特征在于，所述气体谱线根据电弧保护气不同对应选择Ar谱线、He谱线或N谱线。
3.根据权利要求1所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，其特征在于，所述待焊材料对应的金属谱线根据待焊材料所含的合金元素可对应选择金属谱线。
4.根据权利要求1所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，其特征在于，在步骤2中，选择与焊接保护气氛对应的任一波长的气体谱线和与待焊接材料对应的任一波长金属谱线。
5.根据权利要求1所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，其特征在于，激光采用CO2气体激光器、YAG固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。
6.根据权利要求1所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测方法，其特征在于，电弧采用TIG电弧、MIG电弧或等离子弧。
7.一种激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置，其特征在于，包括：光谱仪、控制主机和显示器；
所述光谱仪和所述显示器均连接所述控制主机；所述光谱仪用于采集复合等离子体光谱特征；所述控制主机用于计算与焊接保护气氛对应的气体谱线和与待焊接材料对应的金属谱线的强度比值并监控所述强度比值，当所述强度比值小于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接处于协同增强状态，当所述强度比值大于强度比值阈值时，则判定为激光-电弧复合焊接协同增强效应消失；所述显示器用于显示所述气体谱线、所述金属谱线以及所述强度比值。
8.根据权利要求7所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置，其特征在于，还包括三维坐标调整装置，所述光谱仪包括光纤；所述光纤连接所述三维坐标调整装置；所述三维坐标调整装置连接所述控制主机。
9.根据权利要求7所述的激光-电弧复合焊接协同增强效应在线检测装置，其特征在于，还包括透镜和狭逢；
所述光纤依次通过所述狭逢、所述透镜采集复合等离子体光谱特征。
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