CN108375581A - 基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，采用过程监测手段对激光焊接过程不稳定过程特征进行分析，以获取不稳定过程信号特征信息，然后通过实时监测、比对，在线识别不稳定特征位置及尺寸等信息，并加以修复。该方法具体通过缺陷特征信号的识别，然后建立焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系，随后对出现未熔合缺陷的特征信号判定，识别缺陷位置等信息，最后通过补焊等途径修复未熔合缺陷。通过该方法可以实时获得焊缝中的缺陷信息并加以修复，提高双光束激光焊接T型接头的焊接质量。

Description

基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法

技术领域

本发明适用于金属带筋壁板结构的双光束激光填丝焊接，属于焊接技术领域。

背景技术

对于T型结构双光束激光填丝焊接而言，由于属于未穿透焊接，蒙皮侧并未焊透，因此受焊接工艺参数等的影响，焊接过程中容易出现未熔合缺陷，但由于T型接头特殊的接头形式，未熔合缺陷无法通过焊后无损检测的方法准确识别。此类缺陷现有技术通常通过焊缝位置切取并制作金相试样，随后在显微镜下观察的方式加以判断。

现有技术通过特殊过程即截取同批次金相的方法判断，检测繁琐、周期长且存在无法准确判断缺陷位置、尺寸等缺点。

发明内容

针对上述T型接头双光束激光焊接未熔合缺陷检测困难，检测手段繁琐，检测效率较低，不能确定局部未熔合缺陷位置等的问题，本发明提供了一种双光束激光焊接焊接过程缺陷控制方法，通过在线识别未熔合缺陷位置、尺寸等信息，操作人员通过反馈信息对焊接参数等加以修正，实现对焊接缺陷的及时发现与控制。本发明适用于金属带筋壁板结构的双光束激光填丝焊接，属于焊接技术领域。

本发明采用实时获得焊缝中的缺陷信息并加以修复，提高双光束激光焊接T型接头的焊接质量。为解决双光束激光焊接过程未熔合缺陷检测识别问题，本发明采用过程监测手段对激光焊接过程不稳定过程特征进行分析，通过采集焊接过程金属蒸汽/等离子体的蓝紫光信号、声波信号等的特征信号，获取焊接过程中的不稳定过程信号特征信息，结合理论研究结果分析典型焊接缺陷产生机理。在已有缺陷产生机理的基础，优化焊接工艺参数，实现对焊接缺陷的控制；另一方面，通过焊接过程中采集的声光信号特征等的信号特征与已获取的焊接过程中的不稳定过程信号特征信息进行实时比对，识别并记录不稳定特征位置及特征信息，操作人员根据缺陷信息调整工艺参数并对缺陷位置进行局部修复。

为了解决上述技术问题实现本发明，本发明采用如下技术方案：

一种基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，其特征在于，首先采用过程监测手段对焊接过程不稳定过程的声光信号特征进行分析，通过采集焊接过程的声光特征信号，获取焊接过程中的不稳定过程的声光信号特征信息，将上述不稳定过程的声光信号特征信息与已获取的焊接过程中的无不稳定过程的声光信号特征信息进行实时比对，识别并记录不稳定过程声光信号特征的位置及特征信息，从而获得缺陷特征信号的位置和特征信息，根据缺陷特征信号的位置和特征信息调整工艺参数并对缺陷位置进行局部修复，实现对焊接过程缺陷的控制。

在一个优选技术方案中，所述声光信号为金属蒸汽/等离子体(即金属蒸汽和等离子体)的蓝紫光信号、声波信号。

本发明的一种基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，包括如下步骤：

第一步、未熔合缺陷特征信号的识别

采集并记录激光焊接过程中不同位置金属蒸汽或等离子体的蓝紫光信号、声波信号的信号特征；

第二步、建立焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系

激光焊接完成后，分别截取试板纵、横截面A₁和A₂确定并测量未熔合缺陷在试板中所处位置、尺寸的特征值，获得对应于未熔合缺陷位置所记录的声光信号特征数值I₁′和I₂′，对比无未熔合缺陷时的声光信号数值I₁及I₂，得出激光焊接产生未熔合缺陷时对应的声光信号阈值It₁以及It₂，并建立未熔合缺陷位置、尺寸与声光信号特征数值的强度值之间的对应关系，即I₁′＞It₁ 或I₁′＜It₁，I₂′＞It₂或者I₂′＜It₂，进而获得焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系，当声光信号特征数值I′超出阈值范围，即认定焊缝中出现了未熔合缺陷，根据声光信号特征的强度值确定焊接缺陷的尺寸，根据未熔合缺陷特征信号数值所处的时间轴确定缺陷位置，同时获得此缺陷出现时的焊接参数；

第三步、出现未熔合缺陷的特征信号判定，识别缺陷位置信息

对超出阈值的信号进行报警并标记其坐标位置，焊接结束后，对超出阈值范围的声光信号特征值进行分析，根据已获得的焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系识别并确定出未熔合缺陷的在焊缝中的位置坐标及尺寸。

第四步、通过补焊等途径修复未熔合缺陷

在判断出未熔合缺陷在焊缝中所处的位置及尺寸信息后，参照焊接缺陷与工艺参数的匹配关系，对激光焊接参数进行相应的调整，使用该参数在相应位置进行激光焊接补焊，从而达到修复未熔合缺陷的目的。

本发明的一种基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，可采用如下具体操作步骤：

第一步、缺陷特征信号的识别

分别将可听声、红外及蓝紫光采集装置安装于激光头上，与激光入射面处于同一平面，距离焊缝150mm，在焊接试板上标记位置信息，采集并记录T型接头双光束激光焊接过程中不同位置金属蒸汽/等离子体(即金属蒸汽和等离子体,本领域常用金属蒸汽/等离子体表示)的蓝紫光信号、声波信号的信号特征；

第二步、建立焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系

针对特定材料、特定规格的试板，采用不同焊接参数对T型接头试板进行双光束激光焊接，焊接完成后，分别截取试板纵、横截面A₁和A₂确定并测量未熔合缺陷在试板中所处位置P和尺寸S得特征值，横向、纵向以及筋条方向的相对位置分别记为P₁、P₂、P₃、，获得对应缺陷位置所记录的声光信号特征数值I₁′和I₂′，对比无未熔合缺陷时的声光信号特征数值I₁及I₂，得出双光束激光焊接产生未熔合缺陷时对应的声光信号特征阈值It₁以及It₂，并建立未熔合缺陷位置、尺寸与信号特征数值的强度值之间的对应关系，即I₁′＞It₁ 或I₁′＜It₁，I₂′＞It₂或者I₂′＜It₂，进而获得焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系，当声光信号特征数值I′超出阈值范围即认定焊缝中出现了未熔合缺陷，根据信号特征数值的强度值确定焊接缺陷的尺寸，根据未熔合缺陷特征信号数值所处的时间轴确定缺陷位置，同时获得此缺陷出现时的焊接参数；

第三步、出现未熔合缺陷的特征信号判定，识别缺陷位置等信息

采用双光束激光焊接T型接头试板时，同步记录焊接过程中的声光信号特征数值I₁′和I₂′，对超出阈值范围的信号进行报警并标记其坐标位置P₁′、P₂′、P₃′，焊接结束后，对超出阈值范围的声光信号特征数值进行分析，根据已获得的焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系识别并确定出未熔合缺陷的在焊缝中的位置坐标P₁′、P₂′、P₃′及尺寸S′信息；

第四步、通过补焊等途径修复未熔合缺陷

在判断出未熔合缺陷在焊缝中所处位置及尺寸信息后，参照焊接缺陷与工艺参数的匹配关系，对激光焊接参数进行相应的调整，随后，使用该参数在相应位置进行激光焊接补焊，从而达到修复未熔合缺陷的目的，补焊过程中同步记录声光信号，与无未熔合缺陷信号进行比对，使其不超出无未熔合缺陷时声光信号特征阈值。

本发明的技术效果如下：

（1）实时检测并确定双光束激光焊接T型接头焊缝中未熔合缺陷位置、尺寸等信息，解决了钛合金带筋壁板结构T型接头双光束激光焊接未熔合缺陷检测困难的不足；

（2）无需通过特殊过程即截取同批次金相的传统方法来判断未熔合缺陷，检测过程简单，大幅提高检测效率，降低零件中存在未熔合缺陷的风险；

（3）可以实时获得焊缝中的缺陷信息并加以修复，提高双光束激光焊接T型接头的焊接质量。

说明书附图

图1本发明的激光焊接过程中未熔合缺陷控制方法流程图；

图2声光信号采集装置安装位置图。

图中，1-声信号采集装置，2-光信号采集装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的一种基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。

实施例1

以TC4钛合金双光束激光焊接T型接头试板未熔合缺陷控制为例，TC4钛合金双光束激光焊接T型接头试板未熔合缺陷声光特征信号识别，焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系建立，未熔合缺陷的特征信号判定，缺陷位置等信息的识别以及通过补焊等途径修复未熔合缺陷。

其具体的实现过程是：

第一步、未熔合缺陷声光特征信号的识别。分别将可听声、红外及蓝紫光采集装置安装于激光头上，与激光入射面处于同一平面，距离焊缝150mm，在焊接试板上标记位置信息，采集并记录TC4钛合金T型接头双光束激光焊接过程中不同位置金属蒸汽/等离子体的蓝紫光信号、声波信号等的信号特征。

第二步、建立焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系。采用不同焊接参数对TC4钛合金T型接头试板进行双光束激光焊接，焊接完成后，分别截取试板纵、横截面A1和A2确定并测量未熔合缺陷在试板中所处位置P（横向、纵向以及筋条方向的相对位置P1、P2、P3）、尺寸S等特征值，获得对应缺陷位置所记录的声光信号数值I1′和I2′。对比无未熔合缺陷时的声光信号数值I1及I2，得出双光束激光焊接产生未熔合缺陷时对应的声光信号阈值It1以及It2，并建立未熔合缺陷位置、尺寸等与信号强度值得对应关系，即I1′＞It1 或I1′＜It1，I2′＞It2或者I2′＜It2，进而获得焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系，即当声光信号数值I′超出阈值范围后认定焊缝中出现了未熔合缺陷，根据信号的强度确定焊接缺陷的尺寸，根据异常信号数值所处的时间轴确定缺陷位置，同时获得此缺陷出现时的焊接参数。

第三步、出现未熔合缺陷的特征信号判定，识别缺陷位置等信息。采用双光束激光焊接TC4钛合金T型接头试板时，同步记录焊接过程中的声光信号I1′和I2′，对超出阈值范围的信号进行报警并标记其坐标位置P1′、P2′、P3′。焊接结束后，对超出阈值范围的声光信号值进行分析，根据已获得的焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系识别并确定出未熔合缺陷的在焊缝中的位置坐标P1′、P2′、P3′及尺寸S′等信息。

第四步、通过补焊等途径修复未熔合缺陷。在判断出未熔合缺陷在焊缝中所处位置及尺寸等信息后，参照焊接缺陷与工艺参数的匹配关系，对激光焊接参数进行相应的调整，随后，使用该参数在相应位置进行激光焊接补焊，从而达到修复未熔合缺陷的目的，补焊过程中同步记录声光信号，与无未熔合缺陷信号进行比对，使其不超出无未熔合缺陷时声光信号阈值。

Claims (4)

1.基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，其特征在于，首先采用过程监测手段对焊接过程不稳定过程的声光信号特征进行分析，通过采集焊接过程的声光信号特征，获取焊接过程中的不稳定过程的声光信号特征信息，将上述不稳定过程的声光信号特征信息与已获取的焊接过程中的无不稳定过程的声光信号特征信息进行实时比对，识别并记录不稳定过程声光信号特征的位置及特征信息，从而获得缺陷特征信号的位置和特征信息，根据缺陷特征信号的位置和特征信息调整工艺参数并对缺陷位置进行局部修复，实现对焊接过程缺陷的控制。

2.根据权利要求1所述的基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，其特征在于，所述声光信号为金属蒸汽/等离子体的蓝紫光信号、声波信号。

3.根据权利要求1或2所述的基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、未熔合缺陷特征信号的识别

采集并记录激光焊接过程中不同位置金属蒸汽或等离子体的蓝紫光信号、声波信号的信号特征；

第二步、建立焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系

激光焊接完成后，分别截取试板纵、横截面A₁和A₂确定并测量未熔合缺陷在试板中所处位置、尺寸的特征值，获得对应于未熔合缺陷位置所记录的声光信号特征数值I₁′和I₂′，对比无未熔合缺陷时的声光信号数值I₁及I₂，得出激光焊接产生未熔合缺陷时对应的声光信号阈值It₁以及It₂，并建立未熔合缺陷位置、尺寸与声光信号特征数值的强度值之间的对应关系，即I₁′＞It₁ 或I₁′＜It₁，I₂′＞It₂或者I₂′＜It₂，进而获得焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系，当声光信号特征数值I′超出阈值范围，即认定焊缝中出现了未熔合缺陷，根据声光信号特征的强度值确定焊接缺陷的尺寸，根据未熔合缺陷特征信号数值所处的时间轴确定缺陷位置，同时获得此缺陷出现时的焊接参数；

第三步、出现未熔合缺陷的特征信号判定，识别缺陷位置信息

对超出阈值的信号进行报警并标记其坐标位置，焊接结束后，对超出阈值范围的声光信号特征值进行分析，根据已获得的焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系识别并确定出未熔合缺陷的在焊缝中的位置坐标及尺寸；

第四步、通过补焊等途径修复未熔合缺陷

在判断出未熔合缺陷在焊缝中所处的位置及尺寸信息后，参照焊接缺陷与工艺参数的匹配关系，对激光焊接参数进行相应的调整，使用该参数在相应位置进行激光焊接补焊，从而达到修复未熔合缺陷的目的。

4.根据权利要求3所述的基于声光信号监测的双光束激光焊接过程缺陷控制方法，其特征在于，所述方法的具体操作步骤为：

第一步、缺陷特征信号的识别

分别将可听声、红外及蓝紫光采集装置安装于激光头上，与激光入射面处于同一平面，距离焊缝150mm，在焊接试板上标记位置信息，采集并记录T型接头双光束激光焊接过程中不同位置金属蒸汽/等离子体的蓝紫光信号、声波信号的信号特征；

第二步、建立焊接缺陷、特征信号与工艺参数匹配关系

针对特定材料、特定规格的试板，采用不同焊接参数对T型接头试板进行双光束激光焊接，焊接完成后，分别截取试板纵、横截面A₁和A₂确定并测量未熔合缺陷在试板中所处位置P和尺寸S得特征值，横向、纵向以及筋条方向的相对位置分别记为P₁、P₂、P₃、，获得对应缺陷位置所记录的声光信号特征数值I₁′和I₂′，对比无未熔合缺陷时的声光信号特征数值I₁及I₂，得出双光束激光焊接产生未熔合缺陷时对应的声光信号特征阈值It₁以及It₂，并建立未熔合缺陷位置、尺寸与信号特征数值的强度值之间的对应关系，即I₁′＞It₁ 或I₁′＜It₁，I₂′＞It₂或者I₂′＜It₂，进而获得焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系，当声光信号特征数值I′超出阈值范围即认定焊缝中出现了未熔合缺陷，根据信号特征数值的强度值确定焊接缺陷的尺寸，根据未熔合缺陷特征信号数值所处的时间轴确定缺陷位置，同时获得此缺陷出现时的焊接参数；

第三步、出现未熔合缺陷的特征信号判定，识别缺陷位置等信息

采用双光束激光焊接T型接头试板时，同步记录焊接过程中的声光信号特征数值I₁′和I₂′，对超出阈值范围的信号进行报警并标记其坐标位置P₁′、P₂′、P₃′，焊接结束后，对超出阈值范围的声光信号特征数值进行分析，根据已获得的焊接缺陷、特征信号与工艺参数的匹配关系识别并确定出未熔合缺陷的在焊缝中的位置坐标P₁′、P₂′、P₃′及尺寸S′信息；

第四步、通过补焊等途径修复未熔合缺陷

在判断出未熔合缺陷在焊缝中所处位置及尺寸信息后，参照焊接缺陷与工艺参数的匹配关系，对激光焊接参数进行相应的调整，随后，使用该参数在相应位置进行激光焊接补焊，从而达到修复未熔合缺陷的目的，补焊过程中同步记录声光信号，与无未熔合缺陷信号进行比对，使其不超出无未熔合缺陷时声光信号特征阈值。