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专利号: 2016112341082
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置,包括焊接模拟部、实时监测部和数据处理部(10),其特征在于:

所述焊接模拟部包括装配夹紧的金属试板(1)和GG17玻璃试板(2);用于进行激光填丝焊的激光束(3);用于输送焊接保护气的窄间隙送气管(4);用于输送焊丝(5)的窄间隙专用送丝枪(6)和焊丝(5);所述金属试板(1)和GG17玻璃试板(2)接触处开设有模拟实际焊接接头的窄间隙坡口;

所述实时监测部包括布置在GG17玻璃试板(2)一侧正对焊接区域的高速摄像机(8)、光纤探头(7)和激光辅助光源(9),所述光纤探头(7)与光谱仪(11)连接;

所述光谱仪(11)和高速摄像机(8)的输出端均与数据处理部(10)的输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置,其特征在于:所述实时监测部还包括监测焊接热的测温单元,所述测温单元包括布置在金属试板(1)表面,靠近窄间隙坡口间隔排列的若干个温度传感器,所述温度传感器的输出端均与数据处理部(10)的输入端口连接。

3.根据权利要求2所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置,其特征在于:所述测温单元的温度传感器包括在金属试板(1)下表面,靠近窄间隙坡口钝边且距窄间隙坡口钝边呈梯度距离间隔排列布置的若干个温度传感器,相邻两个温度传感器距窄间隙坡口钝边的垂直距离相差3-7mm。

4.根据权利要求2或3所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置,其特征在于:所述测温单元的温度传感器包括在金属试板(1)前表面、后表面和上表面,靠近窄间隙坡口且距窄间隙坡口呈梯度距离间隔排列布置的若干个温度传感器,相邻两个温度传感器距窄间隙坡口侧壁或钝边的垂直距离相差3-7mm。

5.根据权利要求1所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置,其特征在于:

所述产生激光束(3)的激光器的控制端、窄间隙送气管(4)的控制端、窄间隙专用送丝枪(6)的控制端、高速摄像机(8)的控制端、光谱仪(11)的控制端、激光辅助光源(9)的控制端、数据处理部(10)均与控制中心连接。

6.一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的方法,其步骤如下:

S1、准备焊接模拟件,包括金属试板(1)和GG17玻璃试板(2),并在金属试板(1)和GG17玻璃试板(2)上开设模拟实际焊接接头的窄间隙坡口,然后将金属试板(1)和GG17玻璃试板(2)装配夹紧;

S2、在GG17玻璃试板(2)一侧布置光谱仪(11)的光纤探头(7)、高速摄像机(8)和激光辅助光源(9),并使光纤探头(7)、高速摄像机(8)、激光辅助光源(9)同时对准焊接区域;所述光谱仪(11)和高速摄像机(8)的输出端均与数据处理部(10)的输入端口连接;

S3、在窄间隙坡口内部布置用于输送焊丝的窄间隙专用送丝枪(6)和用于输送焊接保护气的窄间隙送气管(4),然后开启激光器引入激光束(3)后可模拟窄间隙内部的激光填丝焊接过程;

S4、在焊接过程中,用激光辅助光源(9)为焊接区域提供激光照明,光纤探头(7)和高速摄像机(8)对准焊接区域进行焊接区域监测,采集窄间隙激光填丝焊坡口内部的焊接区域实时图像及相关光谱信息,具体采集方式是:光纤探头(7)采集焊接区域的光谱信息并输到光谱仪(11)进行光谱信息分析;光谱仪(11)将相关光谱数据传输到数据处理部(10);高速摄像机(8)采集焊接区域的图片信息并传输到数据处理部(10);通过数据处理部(10)的数据运算处理,即可得到窄间隙激光填丝焊坡口内部的焊接区域实时图像及相关光谱信息。

7.根据权利要求6所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的方法,其特征在于:所述步骤S4中的焊接区域监测包括熔池流动监测、等离子体监测和熔滴过渡监测;

所述熔池流动监测的具体做法是:用激光辅助光源(9)为焊接熔池提供激光照明;光纤探头(7)和高速摄像机(8)对准焊接熔池;光纤探头(7)采集焊接熔池的光谱信息并输到光谱仪(11)进行光谱信息分析;光谱仪(11)将相关光谱数据传输到数据处理部(10);高速摄像机(8)采集焊接熔池的图片信息并传输到数据处理部(10);通过数据处理部(10)的数据运算处理,即可得到窄间隙激光填丝焊坡口内部的焊接熔池流动实时图像及光谱信息;

所述等离子体监测的具体做法是:用激光辅助光源(9)为焊接熔池上方区域提供激光照明;光纤探头(7)和高速摄像机(8)对准焊接熔池上方区域;光纤探头(7)采集焊接熔池上方等离子体的光谱信息并传输到光谱仪(11)进行光谱信息分析;光谱仪(11)将相关光谱数据传输到数据处理部(10),通过数据处理部(10)的数据运算处理,即可得到窄间隙激光填丝焊坡口内部的等离子体光谱信息;

所述熔滴过渡监测的具体做法是:用激光辅助光源(9)为焊接熔池上方区域提供激光照明;高速摄像机(8)采集焊接熔池上方熔滴过渡的图片信息并传输到数据处理部(10),通过数据处理部(10)的数据运算处理,即可得到窄间隙激光填丝焊坡口内部的熔滴过渡图像。

8.根据权利要求6或7所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的方法,其特征在于:所述步骤S2中,在金属试板(1)表面,靠近窄间隙坡口布置若干个间隔排列的温度传感器,每个温度传感器的输出端均与数据处理部(10)的输入端口连接。

9.根据权利要求8所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的方法,其特征在于:所述在金属试板(1)表面布置的温度传感器包括在金属试板(1)上表面、下表面、前表面和后表面,靠近窄间隙坡口且距窄间隙坡口呈梯度距离间隔排列布置的若干个温度传感器,相邻两个温度传感器距窄间隙坡口钝边或侧壁的垂直距离相差3-7mm。

10.根据权利要求6或7所述的一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的方法,其特征在于:所述产生激光束(3)的激光器的控制端、窄间隙送气管(4)的控制端、窄间隙专用送丝枪(6)的控制端、高速摄像机(8)的控制端、光谱仪(11)的控制端、激光辅助光源(9)的控制端、数据处理部(10)均与控制中心连接,在所述步骤S4中,激光束(3)、窄间隙送气管(4)和窄间隙专用送丝枪(6)的移动和作业均通过控制中心控制,而且控制中心还同时控制高速摄像机(8)、光谱仪(11)和激光辅助光源(9)始终对准焊接区域,并根据数据处理部(10)采集的数据信息调整激光器所发出的激光束(3)的强度和角度、窄间隙送气管(4)的送气速度和窄间隙专用送丝枪(6)的送丝速度。