CN1072365A - 连续激光焊接过程中焊接质量的实时监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种对连续激光焊接过程中焊接质量
的实时监测方法。利用激光焊接时出现的小孔效应
焊接状态，大量蒸发的金属原子在自由电子级联效应
的作用下产生激发、电离形成的离子体发出的特征
光、声信号，对光、电、声的测取。通过光、电子线路实
现用光、声信号联合实时监测激光焊接质量。本发明
所述的方法以光、声两个信号联合作用对焊接质量进
行监测，可大幅度提高抗干扰能力，和监测可靠性，并
有处理简单，适宜于生产实际中使用的优点。
Description
本发明属于对激光焊接过程中焊接质量的监测方法，适用于各种材料的连续激光焊接。
长期以来有一种需求，即如何在激光焊接过程中实时监测激光焊接质量，以减少焊后质量检测，保证产品质量，提高生产效率。关于这方面的现有技术，在文献“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》和美国专利US-4633057中已分别提出了光-声发射信号法、光信号法和声信号法。
光-声发射信号法就是利用激光焊接过程中等离子体发出的特征光信号，和激光器谐振腔的部分反射镜上由于激光能量分布的变化而引起的声发射信号，来对焊接质量进行实时监测。但这种方法中，声发射传感器置于部分反射镜上而使信号的采取比较困难，同时声发射信号本身比较庞杂，难以进一步处理。
光信号法就是直接利用激光焊接过程中等离子体发出的特征光信号（λ＝5780A°）的光强为标准来实时监测焊接质量。在这种方法中被焊接材料十分特殊，是磷青铜和塑料焊接的异种材料接头，因而光信号的特征容易确定，但不具有普适性;同时，该方法尽管对坏焊缝的接收概率α较小（α＝2%），但对好焊缝的拒绝概率α却较大 （β＝26%），因而带来了二次检测的困难。
声信号法就是以等离子体发出的特征声信号（6K-9KHz）的声压，为标准来实时监测脉冲激光焊接质量，由于单一声信号易受环境噪音的影响，因而这种方法较难在实际中推广应用。
本发明的目的就是为克服上述各种方法的不足之处，提供一种信号传感及处理方便、监测结果可靠性高的连续激光焊接质量实时监测方法，使得这种方法能普遍应用于各种材料的激光焊接生产中去。
本发明的基本原理是，当激光焊接的各种工艺参数均在一最佳范围内时，出现小孔效应焊状态，此时，在较高的焊速下可获得深熔透且成形良好的焊缝;而此过程一旦出现干扰，破坏了稳定的小孔效应焊状态，则焊缝很容易出现未焊透或其它缺陷。在小孔效应焊状态下，大量蒸发的金属原子由于自由电子级联效应的作用产生激发和部分电离，从而形成等离子体。利用被焊材料蒸气原子幅射出的可见光范围的灵敏度光谱（即特征光信号），和高频范围内的可听声波（即特征声信号）;又由于特征光信号的光强I与蒸发的原子数N1成正比，特征声信号的声压P与金属蒸气中的离子数N2成正比，因此，以激光诱导的等离子体发出的具有一定光强和声压的特征光、声信号为标准可以用来判断激光焊接过程中小孔形成状态、材料和激光交互作用的状态、各项焊接工艺参数的稳定状态，也就可以实现用光、声信号联合实时监测激光焊接质量。
基于上述原理，本发明所述的对连续激光焊接过程中焊接质量的实时监测方法为，用光电传感器（2）来实取被焊工件（1）上等离子体发出的特征光信号，并转换为电信号，电信号经放大器（3）放大后，输入双限比较器（4），以判断光信号是否处于最佳范围之内，当焊接质量良好，光信号强度落在最佳范围之内时，双限比较器（4）输出为低电平“0”（或高电平“1”），否则输出为高电平“1”（或低电平“0”）。
声信号传感器（5）用来提取等离子体发出的特征声信号，经信号处理电路（6）后，将输出信号输入另一双限比较器（7），使其与最佳值进行比较，当焊接质量良好，声信号声压落在最佳范围之内时，该双限比较器（7）输出低电平“0”（或高电平“1”），否则输出高电平“1”（或低电平“0”）。
最后以两个双限比较器（4、7）输出信号输入“与”门电路（8）进行运算后，将所得到信号作为报警电路（9）的触发信号，一旦焊接状态偏离最佳状态，焊缝质量不合格，报警电路就发出声、光报警信号，从而实现利用光-声信号联合实时监测激光焊接质量。
依据本发明所述的方法中所说的光电传感器可以是由聚焦透镜、滤光片和光敏元件等组成;所说的信号处理电路可以是由阻抗匹配器、窄带滤波器、检测器，放大器等组成。
本发明的一个显著特点（优点）就在于光、声信号都取之于激光焊接过程中金属蒸发产生的等离子体，直接反映激光与被焊材料的相互作用状态;同时，以这两个信号的联合作用（即光强、声压有一个不在最佳范围之内，则判断该焊缝为不合格）来对焊接质量进行监测，可大大提高抗干扰能力和监测结果的可靠性度。此外，这两个特征信号的采取与传感无需与被焊工件接触，处理简便，适宜于在生产实际中使用。
附图1：本发明所述方法的原理框图。
Claims (1)
1、一种在连续激光焊接过程中对焊接质量实时监测的方法为，
a，采用光电传感器对被焊工件上等离子体发出的特征光信号进行提取，并转换为电信号，该电信号经过放大后输入双限比较器，以双限比较器输出的低电平(或高电平)或高电平(或低电平)判断光信号强度是否处于最佳范围之内；
b，采用声信号传感器提取等离子体发出的特征声信号，该声信号经信号处理电路后，将得到的输出信号输入到另一双限比较器，以该双限比较器输出的低电平(或高电平)或高电平(或低电平)判断声信号声压是否落在最佳范围之内；
c，将两个双限比较器输出的信号输入“与”门电路进行运算后，将所得输出信号作为报警电路的触发信号。
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