多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法，屬于焊接質量控制和焊接過程自動化領域。
【背景技術】
[0002]熔透控制是實現焊接質量控制和焊接過程自動化的焦點和難點，而實現熔透控制關鍵在于如何有效地獲取表征焊接熔透狀態的信號。目前，眾多學者對熔透信號檢測進行了相關研宄，主要檢測手段有焊接溫度場檢測、視覺圖像檢測、超聲波、電弧聲檢測和熔池振蕩檢測等。其中視覺檢測法和熔池振蕩法的應用研宄較多。
[0003]熔池振蕩法因熔池振蕩頻率與熔透間具有直接的物理對應關系以及其方法簡潔而備受關注。當前研宄采用脈沖電流或變頻電流對熔池進行激振熔池，此類方法在行走焊時電弧作用力偏移導致熔池振蕩水平降低，并由于在正常焊接電流上附加或疊加脈沖或變頻電流，對焊接過程和焊接工藝會有一定影響。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是針對電流激振熔池存在的不足，提供一種精度高、重復和穩定性好的多束陣列激光主動激振熔池方法。
[0005]多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法，包括下述步驟:
[0006]一、調節激光分束器和焊槍的空間位置，使激光束作用于熔池區域內；
[0007]二、電弧加熱母材，形成熔池，熔池尺寸逐漸增大；同時，激光分束器發射出一定頻率的多束陣列激光照射到熔池上，給熔池一定頻率的沖擊力；
[0008]三、沖擊力致使熔池振幅的變化，引起弧長和電弧電壓的變化，用示波器采集電弧電壓變化曲線；
[0009]四、熔池固有振蕩頻率與陣列激光作用頻率一致時，熔池產生諧振，其振幅最大，電壓變化幅值也最大，熔池長大到預定尺寸；
[0010]五、計算機控制系統根據電壓變化幅值控制激光分束器和焊槍行走速度實現對焊縫熔透的實時控制。
[0011]進一步，所述激光為單束激光或多束陣列激光。
[0012]進一步，所述激光頻率20-1000HZ。
[0013]與現有采用脈沖或變頻電流激振熔池的方法相比，本發明采用多束陣列激光主動激振熔池的方法具有以下特點:
[0014]I)多束陣列激光可精確作用于熔池區域內激振熔池，不會出現由于電弧相對工件連續行走時，電弧作用力中心點偏離熔池中心導致誘發熔池振蕩困難的問題。
[0015]2)采用多束陣列激光激振熔池穩定性好，不易受外界因素干擾，并且重復性好，不會出現疊加電流影響焊接過程和焊接工藝的問題。
[0016]本發明多束陣列激光主動激振熔池熔透控制的具體方法由以下附圖和實施例詳細給出。
[0017]激光束自身具有能量集中和穩定性好的優點，并且其作用在熔池上的作用力不會受焊接環境(例如焊接電弧的電弧力，焊接保護氣體的吹力)的影響，因此整個激振過程作用力穩定；
[0018]相比已有的在正常焊接電流上附加脈沖或變頻電流的激振方法(此類方法由于附加了脈沖電流，焊接時熔滴過渡方式因此改變，由此會造成熔池不穩定，則熔池振蕩不穩定，電壓信號也會不穩定，整個激振過程不穩定；同時熔滴過渡方式改變還會影響焊接電流的變化，例如射滴過渡轉變為短路過渡時，會引起電流瞬時增大很多，出現焊接缺陷。總之附加脈沖電流會和焊接工藝參數互相影響，造成激振和焊接過程不穩定)，本方法引入激光束激振熔池，不會與焊接工藝參數互相影響，就不會對激振和焊接過程穩定性造成不利影響。
【附圖說明】
[0019]圖1是多束陣列激光主動激振熔池熔透控制方法的示意圖。
[0020]圖中:1_計算機控制系統、2-示波器、3-焊槍、4-熔池、5-激光束、6-激光分束器、7-母材。
[0021]圖2是焊縫背面熔透圖
[0022]圖3是焊縫橫截面熔透示意圖
【具體實施方式】
[0023]本實施例采用的設備包括:計算機控制系統1、示波器2和激光分束器6。計算機控制系統I可根據示波器2采集的電壓變化幅值曲線控制焊槍3和激光分束器6的行走；示波器2具有采集熔池振蕩時電弧電壓變化曲線的功能；激光分束器6具有將單束激光轉換為多束陣列激光的功能。
[0024]以母材5為5mm厚Q235低碳鋼焊接為例，激光頻率60_80Hz，激光分束器6發射出3束激光沿焊接方向均布在熔池4內。
[0025]實施例焊接效果圖見圖2、3，具體激光激振熔池熔透控制包括以下步驟:
[0026]一、調節激光分束器6和焊槍3的空間位置，使激光束5作用于熔池4區域內；
[0027]二、電弧加熱母材7-Q235低碳鋼，形成熔池4，熔池尺寸逐漸增大；同時，激光分束器6發射出60-80HZ的3束激光沿著焊接方向排列照射到熔池4上，給熔池4 一定頻率的沖擊力；
[0028]三、沖擊力致使熔池振幅的變化，引起弧長和電弧電壓的變化，用示波器2采集電弧電壓變化曲線；
[0029]四、熔池振蕩頻率與陣列激光作用頻率一致時，熔池4產生諧振，其振幅最大，電壓變化幅值也最大，熔池達到熔透狀態；
[0030]五、計算機控制系統I根據電壓變化幅值控制激光分光器6和焊槍3以200mm/min的速度進行焊接。
[0031]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，其架構形式能夠靈活多變，可以派生系列產品。只是做出若干簡單推演或替換，都應視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【主權項】
1.多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法，其特征在于包括下述步驟: 一、調節激光分束器和焊槍的空間位置，使激光束作用于熔池區域內； 二、電弧加熱母材，形成熔池，熔池尺寸逐漸增大；同時，激光分束器發射出單束激光或多束陣列激光激光照射到熔池上，給熔池沖擊力； 三、沖擊力致使熔池振幅的變化，引起弧長和電弧電壓的變化，用示波器采集電弧電壓變化曲線； 四、熔池固有振蕩頻率與陣列激光作用頻率一致時，熔池產生諧振，其振幅最大，電壓變化幅值也最大，熔池長大到預定尺寸； 五、計算機控制系統根據電壓變化幅值控制激光分束器和焊槍行走速度實現對焊縫熔透的實時控制。
2.根據權利要求1所述的多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法，其特征在于:所述多束陣列激光為多束激光按陣列排布。
3.根據權利要求1所述的多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法，其特征在于:所述激光脈沖頻率為20-1000HZ。
【專利摘要】本發明涉及一種多束陣列激光主動激振熔池的熔透控制方法。電弧加熱熔池，熔池尺寸逐漸增大；與此同時，激光分束器發射出多束陣列激光照射到熔池上，給熔池一定頻率的沖擊力；沖擊力致使熔池振幅的變化，引起弧長和電弧電壓的變化，用示波器采集電弧電壓變化曲線；熔池固有振蕩頻率與陣列激光作用頻率一致時，熔池產生諧振，其振幅最大，電壓變化幅值也最大，熔池長大到預定尺寸；計算機控制系統根據電壓變化幅值實時控制焊縫熔透。陣列激光脈沖頻率1-1000Hz。本發明通過陣列激光頻率決定諧振熔池尺寸，也就是通過陣列激光頻率的選擇來控制熔池尺寸的大小，實現對焊縫熔透的控制。與已有的熔池激振方法相比，本發明精度高和穩定性、重復性好。
【IPC分類】B23K26-348
【公開號】CN104625414
【申請號】CN201510065399
【發明人】陳樹君, 肖珺, 張裕明, 王立偉, 蔣凡, 賈亞洲, 蘇珊
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月8日