【技术实现步骤摘要】
模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置及方法
本专利技术涉及一种模拟厚板窄间隙激光填丝焊接并实时监测的装置及方法,属于激光加工、焊接
技术介绍
激光自熔焊接技术是一种先进的高能束焊接方法,具有焊接热输入小、焊接速度快、焊缝变形小等突出优点,目前已广泛应用于航空航天、能源、轨道交通等制造行业。但是针对一些特种装备,如国际热核聚变实验堆计划ITER的巨型真空室大厚板结构(板厚为60mm的不锈钢)、军用相控阵雷达基板(厚度大于70mm的铝合金)等,常规的激光自熔焊很难完成相关焊接工作。原因在于激光自熔焊存在的主要问题是焊接气孔,并且随着板厚的增加气孔的倾向越大,其气孔倾向甚至大于电弧焊和电子束焊。窄间隙激光填丝焊作为激光焊的一种方法,保留了激光焊能量高度集中、接头热影响区窄等特点,同时可通过填充焊丝对焊缝冶金成分进行调整,特别适用于异种材料、高合金钢、高强铝合金材料以及高脆性和难焊金属材料的焊接。相比激光自熔焊,窄间隙激光填丝焊可利用安全成熟的万瓦级、千瓦级功率的激光器来实现大厚板的焊接。然而激光填丝焊中焊丝的引入,比激光自熔焊增加了熔滴过渡的过程,故其焊接过程机理更加复杂。因此需要对窄间隙激光填丝焊接过程特征进行研究并通过实验优化激光填丝焊参数。而且,已有的厚板的窄间隙激光填丝焊接技术,由于激光光束发散角的存在,易出现底部未熔合的缺陷。为了避免底部未熔合缺陷,间隙宽度须足够大保证光束不被坡口上端表面或侧壁阻挡而作用于坡口底部,但当间隙较大时,由于激光能量高度集中,激光焊的熔宽有限,又常出现侧壁未熔合缺陷。这种光的可达性和侧壁未熔合问题的矛盾限制了 ...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨晓益,陈辉,朱宗涛,雷正,赵旭,
申请(专利权)人:西南交通大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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