CN110052711A - 一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统，包括激光头、激光器、底板、滑轨、驱动装置、夹具底板、电磁声换能器、超声波探伤仪和高压放电器，激光头与激光器连接，滑轨安装于底板上，驱动装置与滑轨连接，夹具底板安装于滑轨上、用以安装待焊接工件，激光头安装于工件上方，电磁声换能器安装于工件焊缝上方，超声波探伤仪与电磁声换能器连接，高压放电器分别与工件焊缝两侧板身连接。本发明提供的检测及强化系统，电磁声换能器收集焊接头波长信号，超声波探伤仪检测焊接接头的质量问题，通过高压放电器修复、消除裂纹缺陷，强化焊接接头性能；焊接、检测、强化同时进行，提高检测修整作业效率。

Description

一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统。
背景技术
激光焊接是利用具有高能量密度特征的激光作为热源，加热融化工件来实施焊接的方法，具有焊接速度快、变形小、接头质量好、热影响区小的优点，激光焊接可以适用于各种金属材料，且易于实现自动化的优点，是当今先进制造技术发展热点。
激光焊接热输入和热影响远小于传统的电阻焊工艺和电弧焊工艺，但作为一种熔焊工艺，其最大的问题是热输入导致热变形仍然存在，在很多情况下仍然严重影响构件装配精度和结构整体性能；其次，激光焊接铝合金、镁合金、钛合金等金属材料时，会因为材料本身对激光的吸收率偏低、存在熔点高、沸点高的合金元素等特点，会造成激光小孔在焊接过程中不稳定，这些问题容易导致焊接接头容易形成气孔、裂纹等缺陷，严重影响接头力学性能。现已开展的研究表明，在单一激光焊接条件下，焊接的热变形和和裂纹缺陷都很难得到有效控制。但现在还没有针对激光焊接过程中存在的裂纹缺陷进行实时检测的系统和装置，不能很好地保证焊接接头质量；而且激光焊接后二次强化处理需要重复装夹工件，耗费大量人工，破环了焊接的连续性，严重降低生产效率。因此市场急需研制一种激光焊接接头裂纹在线检测及强化的装置来帮助人们解决现有问题。
因此，如何解决激光焊接中焊接接头容易形成气孔、裂纹的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统，通过电磁声换能器收集焊接头波长信号，然后通过超声波探伤仪检测焊接接头的气孔、裂纹问题，最后通过高压放电器修复气孔、裂纹，消除裂纹缺陷，强化焊接接头性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统，包括激光头、激光器、底板、滑轨、驱动装置、夹具底板、电磁声换能器、超声波探伤仪和高压放电器，所述激光头与所述激光器连接，所述滑轨安装于所述底板上，所述驱动装置与所述滑轨连接，所述夹具底板安装于所述滑轨上、用以安装待焊接工件，所述激光头安装于所述工件上方，所述电磁声换能器安装于所述工件焊缝上方，所述超声波探伤仪与所述电磁声换能器连接，所述高压放电器分别与所述工件焊缝两侧板身连接。
优选地，所述激光头的激光束与所述工件表面垂直。
优选地，所述激光头通过光纤与所述激光器连接。
优选地，所述电磁声换能器与所述激光头位于同一直线上设置。
优选地，所述电磁声换能器通过固定支架安装于所述底板上。
优选地，还包括设置于所述夹具底板上、用于安装所述工件的垫块。
优选地，所述垫块上还设置有顶块，所述顶块与所述垫块通过夹具螺栓连接，用以夹持安装所述工件。
优选地，所述顶块上还设置有触头，所述触头的一端与所述高压放电器连接，所述触头的另一端与所述工件相抵。
优选地，所述驱动装置为伺服电机。
优选地，还包括工控机及监视器，所述工控机分别与所述激光器、所述驱动装置、所述超声波探伤仪及所述高压放电器连接，所述监视器与所述工控机连接。
本发明所提供的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，主要包括激光头、激光器、底板、滑轨、驱动装置、夹具底板、电磁声换能器、超声波探伤仪和高压放电器，激光头与激光器连接，滑轨安装于底板上，驱动装置与滑轨连接，夹具底板安装于滑轨上、用以安装待焊接工件，激光头安装于工件上方，电磁声换能器安装于工件焊缝上方，超声波探伤仪与电磁声换能器连接，高压放电器分别与工件焊缝两侧板身连接。本发明提供的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，通过电磁声换能器收集焊接头波长信号，然后通过超声波探伤仪检测焊接接头的气孔、裂纹问题，最后通过高压放电器修复气孔、裂纹，消除裂纹缺陷，强化焊接接头性能，无需直接接触工件，采用电磁声换能器，检测时无需对工件进行额外处理，属于无伤检测，穿透能力强，灵敏度高，反应快，可立即提供缺陷检验结果；实时消除裂纹缺陷，增加了焊接过程中的稳定性；焊接、检测、强化同时进行，省去了二次装夹的人工，保证了焊接连续性，提高检测修整作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；
图2为本发明所提供的一种具体实施方式的结构框图。
其中，图1-图2中：
激光头—1，激光器—2，底板—3，滑轨—4，驱动装置—5，夹具底板—6，电磁声换能器—7，超声波探伤仪—8，高压放电器—9，待焊接工件—10，光纤—11，固定支架—12，垫块—13，顶块—14，夹具螺栓—15，触头—16，括工控机—17，监视器—18。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；图2为本发明所提供的一种具体实施方式的结构框图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，激光焊接接头裂纹检测及强化系统主要包括1、一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，包括激光头1、激光器2、底板3、滑轨4、驱动装置5、夹具底板6、电磁声换能器7、超声波探伤仪8和高压放电器9，激光头1与激光器2连接，滑轨4安装于底板3上，驱动装置5与滑轨4连接，夹具底板6安装于滑轨4上、用以安装待焊接工件10，激光头1安装于工件10上方，电磁声换能器7安装于工件10焊缝上方，超声波探伤仪8与电磁声换能器7连接，高压放电器9分别与工件10焊缝两侧板身连接。
其中，激光头1与激光器2连接，激光器2为激光头1提供高密度激光能量，激光头1用于发射对待焊接工件进行焊接的激光束，在焊接过程中，激光头1与激光器2保持静止状态；滑轨4安装于底板3上，驱动装置5与滑轨4连接，夹具底板6安装于滑轨4上、用以安装待焊接工件10；激光头1安装于工件10上方，电磁声换能器7安装于工件10焊缝上方，超声波探伤仪8与电磁声换能器7连接，高压放电器9分别与工件10焊缝两侧板身连接，超声波探伤仪8用于检测焊接接头的内部气孔、裂纹等问题，高压放电器9用于对焊接工件进行通电。
具体的，在实际的焊接过程当中，首先将待焊工件10夹持在激光头1和激光焦点下方，并设置合适的焊接工艺参数；然后，打开超声波探伤仪8，并将电磁声换能器7固定于待焊工件10正上方、焊接开始起点附近；打开激光焊接器，开始焊接，通过工控机17控制驱动装置5驱动滑轨4上的夹具模块沿滑轨4和工件10移动，对待焊工件10进行焊接；与此同时，电磁声换能器7采集待焊工件10焊接接头的波长信号，并传递给超声波探伤仪8，超声波探伤仪8对焊接接头的超声波反射波信号进行分析，探测焊接过程中工件焊缝内部裂纹缺陷情况，当探测到裂纹存在，传输到工控机17，工控机17根据超声波探伤仪8传输过来的信号作出相应指令，当存在焊缝内部裂纹缺陷情况时，控制高压放电器9向工件10通入高压脉冲电流，工件10内裂纹处会导致电流的绕流和集中，从而使裂纹处温度急速升高至融化，钝化裂尖阻碍了裂纹扩展路径，从而实现焊接接头的强化。
为了优化上述实施例中激光焊接接头裂纹检测及强化系统本身焊接工艺更加稳定的优点，激光头1的激光束与工件10表面垂直。由于激光焊接工艺的特殊性，对焊接过程的控制要求十分严格，将激光头1的激光束与工件10表面垂直，可以保证激光头1的激光束能量更加集中，这就使工件10的融化十分顺畅、迅速，减短了焊接过程，避免气泡进入裂缝内部，保证了焊接工艺稳定性，提高焊接质量。
进一步地，激光头1通过光纤11与激光器2连接。光线11作为现代社会主要的能量信号传输途径，具有耗能小、传输速度快的优点，当激光能量从激光器2发射，一直到激光头1位置时，激光能量的能量衰减很少，保证了激光能量的最大化存储，时激光头1发射的激光束能量稳定，使工件10的融化十分顺畅、迅速，减短了焊接过程，避免气泡进入裂缝内部，保证了焊接工艺稳定性，提高焊接质量。
进一步地，电磁声换能器7与激光头1位于同一直线上设置；电磁声换能器7通过固定支架12安装于底板3上。电磁声换能器7能将接受到的电信号转换成超声波，然后超声波探伤仪8能根据接收回来的超声波反射波判断工件10内部是否存在裂纹缺陷，当电磁声换能器7与激光头1位于同一直线上时，使焊接过程的脉冲非常稳定地、保真地被电磁声换能器7，最大程度地保证了电磁声换能器7转换的超声波稳定性，并且保证了焊接接头内部裂纹情况的真实性，提高检测效率，保证焊接接头质量，提高焊接效率。
进一步地，激光焊接接头裂纹检测及强化系统还包括设置于夹具底板6上、用于安装工件10的垫块13；且垫块13上还设置有顶块14，顶块14与垫块13通过夹具螺栓15连接，用以夹持安装工件10。工件10下方设置有垫块13，可以缓冲焊接过程中的震动对工件10的冲击力，保证焊接稳定性，提高焊接质量；顶块14对于安装完成的工件10具有一个固定作用，使工件10在跟随夹具底板6在滑轨4上运动时更加稳定，同样提升了工件10的移动稳定性，保证焊接接头质量，提高焊接效率。
进一步地，顶块14上还设置有触头16，触头16的一端与高压放电器9连接，触头16的另一端与工件10相抵。触头16为导电材质，触头16的一端与高压放电器9连接，触头16的另一端与工件10相抵，工控机17接受到超声波信号之后，判断超声波信号，当判定焊接接头内部存在裂纹时，开启高压放电器9，通过触头16对工件10进行通电，工件10通入高压脉冲电流，工件10内裂纹处会导致电流的绕流和集中，从而使裂纹处温度急速升高至融化，钝化裂尖阻碍了裂纹扩展路径，从而实现焊接接头的强化。
进一步地，驱动装置5为伺服电机。伺服电机运行稳定，可以保证工件10移动过程中的稳定性，提高焊接质量和效率；另外，伺服电机价格低，降低了焊接检测过程的成本。
进一步地，激光焊接接头裂纹检测及强化系统还包括工控机17及监视器18，工控机17分别与激光器2、驱动装置5、超声波探伤仪8及高压放电器9连接，监视器18与工控机17连接。通过工控机17连接的监视器18，可以看到激光器2、驱动装置5、超声波探伤仪8及高压放电器9的工作情况，使工作人员进一步了解焊接过程的具体操作作业，还可以添加紧急停止等功能，在发生突发情况时，人工手动停止焊接过程，保证了焊接过程的安全性，同时提高了焊接的效率。
综上所述，本实施例所提供的激光焊接接头裂纹检测及强化系统主要包括激光头、激光器、底板、滑轨、驱动装置、夹具底板、电磁声换能器、超声波探伤仪和高压放电器，激光头与激光器连接，滑轨安装于底板上，驱动装置与滑轨连接，夹具底板安装于滑轨上、用以安装待焊接工件，激光头安装于工件上方，电磁声换能器安装于工件焊缝上方，超声波探伤仪与电磁声换能器连接，高压放电器分别与工件焊缝两侧板身连接。本发明提供的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，通过电磁声换能器收集焊接头波长信号，然后通过超声波探伤仪检测焊接接头的气孔、裂纹问题，最后通过高压放电器修复气孔、裂纹，消除裂纹缺陷，强化焊接接头性能，无需直接接触工件，采用电磁声换能器，检测时无需对工件进行额外处理，属于无伤检测，穿透能力强，灵敏度高，反应快，可立即提供缺陷检验结果；实时消除裂纹缺陷，增加了焊接过程中的稳定性；焊接、检测、强化同时进行，省去了二次装夹的人工，保证了焊接连续性，提高检测修整作业效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，包括激光头(1)、激光器(2)、底板(3)、滑轨(4)、驱动装置(5)、夹具底板(6)、电磁声换能器(7)、超声波探伤仪(8)和高压放电器(9)，所述激光头(1)与所述激光器(2)连接，所述滑轨(4)安装于所述底板(3)上，所述驱动装置(5)与所述滑轨(4)连接，所述夹具底板(6)安装于所述滑轨(4)上、用以安装待焊接工件(10)，所述激光头(1)安装于所述工件(10)上方，所述电磁声换能器(7)安装于所述工件(10)焊缝上方，所述超声波探伤仪(8)与所述电磁声换能器(7)连接，所述高压放电器(9)分别与所述工件(10)焊缝两侧板身连接。
2.根据权利要求1所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，所述激光头(1)的激光束与所述工件(10)表面垂直。
3.根据权利要求2所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，所述激光头(1)通过光纤(11)与所述激光器(2)连接。
4.根据权利要求3所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，所述电磁声换能器(7)与所述激光头(1)位于同一直线上设置。
5.根据权利要求4所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，所述电磁声换能器(7)通过固定支架(12)安装于所述底板(3)上。
6.根据权利要求1所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，还包括设置于所述夹具底板(6)上、用于安装所述工件(10)的垫块(13)。
7.根据权利要求6所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，其特征在于，所述垫块(13)上还设置有顶块(14)，所述顶块(14)与所述垫块(13)通过夹具螺栓(15)连接，用以夹持安装所述工件(10)。
8.根据权利要求7所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，所述顶块(14)上还设置有触头(16)，所述触头(16)的一端与所述高压放电器(9)连接，所述触头(16)的另一端与所述工件(10)相抵。
9.根据权利要求1所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，所述驱动装置(5)为伺服电机。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的激光焊接接头裂纹检测及强化系统，还包括工控机(17)及监视器(18)，所述工控机(17)分别与所述激光器(2)、所述驱动装置(5)、所述超声波探伤仪(8)及所述高压放电器(9)连接，所述监视器(18)与所述工控机(17)连接。
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