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未来前景不可测,掌握它就等于掌握了未来10年财富密码:激光焊接检测技术(二)

发布:2022-03-25 10:51作者:www.huyunjituan.com点击:1042次

同轴光辐射监测系统
光纤分路器连接到激光头,确保探测器中的辐射信号传输到焊接区域。某些焊接条件可以通过观察不同光谱范围内的信号电平来确定。使用不同的滤波器对不同的光谱域进行独立分析。当光通过滤光片时,它被光电探测器捕获,通过信号放大器传输,最后被示波器捕获。光谱仪不仅评估光谱带的特性,还评估焊接过程中的所有光谱带。激光头和光谱分析仪都通过光纤连接。焊接区域的激光辐射强度信号由分束器反射。光穿过光纤并最终识别光谱仪。
同轴视觉系统
同轴传感系统有一个安装在激光头上的光纤分路器。传感系统中常用的三种方法是:可见光传感、视觉红外传感和附加光源的视觉传感。适用于可见光视觉检测的滤光片的波长范围为:350-750 nm 在可见红外范围内,主要通过红外相机进行检测。当视觉检测到附加光源时,通常使用高频反射激光源(通常为 800 至 900 nm)来照亮工作区域。辅助光源通过光纤分配器在焊接区域反射。他的头与相机相连。滤光片与辅助光源兼容,并安装在光纤分配器和腔室之间,以更好地观察焊接点。
用于记录声学和温度的平行轴向系统
声音信号有时也被认为是焊接条件的重要信号。由于同轴传感器主要用于检测光信号,因此只能使用近轴检测来检测声信号。有两种类型的近轴钟声检测器,包括非接触式和非接触式。接触式声学检测主要检测作为组件的设备中用于检测高温和高压电压电流(即压力)的声音噪声。观察到的波长不应超过 200 kHz。非接触式声音探测主要是指对空气中声音的探测。它主要控制存在等离子体和金属蒸气时压力波的变化。感知波长范围是人耳听到的范围,从大约 20 Hz 到 20 kHz。另一种类型的近轴表达是高温计。需要注意的是,非接触式温度传感器通常安装在激光头后面,这样有利于热量从浴缸边缘散发出去。
在焊接过程中,特别是在使用 CO2 激光焊接时,激光诱导等离子体中会发生导电。通过这种方式,接触传感器可以确定等离子体区域中的电荷强度,从而确定焊缝的状态。环连接到底座,另一端连接到激光头。在这种情况下,接触面和聚焦镜必须电隔离。或者,探针可以在产生感测等离子体的区域中。电子和电容器被放置在一个环中,信号当前作为电压发送。还可以绘制等离子体电荷和原始数据、已处理数据和数据以及相关测量点的监控图。
发光二极管
LED的优点是设计简单、成本低,因此在工业上得到广泛应用。该设备结合了 LED 和各种滤光片系统来检测等离子体辐射(P 传感器)、激光反射(R 传感器)和热辐射(T 传感器)。实验表明,激光焊接过程中存在三个光辐射信号。第一种是紫外和可见光范围(200-750 nm)的光。另一种是激光反射光(光纤激光器为 1070 nm,平板激光器为 1030 nm)。三是红外辐射(波长1100-1700纳米)。特别是,焊接故障的检测甚至自适应控制可能是由于光信号和焊接条件之间的某种关系。
用 CO2 进行激光焊接时,突起部分含有金属蒸气和大量等离子体。因此,如果使用可见 LED 进行检测,则可以在信号中检测到热辐射和等离子辐射。用固态激光器(如光纤激光器和平板激光器)进行焊接时,激光焊接护套主要由金属蒸气组成。发现激光诱导带的电离水平仅为 0.02,总激光功率为 10 kW,射程为 0.13 mm。因此,当使用可见光LED进行检测时,其信号主要来源于金属蒸气引起的热辐射和熔池表面的热辐射。
由于金属蒸发的速度很大程度上取决于焊缝的深度和焊缝的宽度,因此一般建议使用可见 LED 检测到的信号来确定焊缝的深度和焊缝的宽度。已发现可见 LED 的检测对来自舌头的辐射非常敏感。因此,研究人员寻求使用多探针识别方法来准确确定插入的空间位置。例如,一个检测舌头位置的 LED 检测系统使用 4 个连接的 LED 来检测来自不同位置的光强度信号。一旦建立了空间光发射与复合信号之间的关系,就可以用它来探测和引导金属蒸气。
近年来对激光焊接中光信号的频率做了很多工作,信号的频率与熔池(锁孔)的周期性密切相关。一旦建立了这个比率,就可以使用频率响应来检测焊接缺陷。施密特团队使用 3.6 kW 镀膜激光器焊接镀锌板时,焊接材料厚度为 1.3-2.5 mm,焊接速度为 4-6 m/min。一分钟,焊槽振荡频率范围为300~500Hz,锁孔固定焊接频率为2000~2500Hz,缺少与误差相关的外部频率信号。 Daniele Colombo 的团队研究了 2 毫米钛合金纤维激光焊接的在线监测。根据得到的结果,可见光范围(400-1000 nm)和红外范围(1150-1800 nm)的光强信号密切相关,可能预示着焊接。故障特征(例如功率损耗、保护气体不足、穿透深度不足等)。此外,信号频率响应通常小于2400赫兹,特别是如果可见光信号频率为1600-2400赫兹,则锁孔变化较大。 A. Molino 等人研究了频率特性与时间轴之间的关系。
激光能量的较大变化会抑制现有的孔隙并导致气体从孔隙中泄漏。文森特等人认为,焊接速度越高,孔间距越大,焊接过程越不稳定,飞溅越多。可以看出,随着圆半径振荡频率的增加,锁孔的倾斜度增加。此外,当光束振荡频率为100Hz时,相对于低频无振动焊接工艺,键孔的倾斜角度与焊接方向相反。这是因为光束振荡频率的增加在光束的整个运动范围内放大了锁孔,这有助于在锁孔中吸收激光能量并稳定锁孔的形状。门锁。在 5 Hz 的较低振荡频率下,锁孔分离,不能形成一个整体,因此锁孔壁不稳定并变形。锁孔壁稳定,在较高振动频率下深度更平滑,有助于提高工艺稳定性。张等人。他们认为重叠因子越高,孔隙度越低,这表明回流过程可以消除孔隙度。因此,较高的圆振荡频率导致较大的重叠,这可以改变焊接周期并降低焊缝的孔隙率。在较高的纤维振动频率下,熔池中的振动增加,促进了熔池中的孔隙流动和溢流。
蒸汽流动的性质与小孔的稳定性密切相关,可以反映工艺的稳定性。发生环振时,水汽在较低的振动下更稳定,随着振动频率的增加,柱的高度和面积减小。
事实上,激光束的振荡增加了激光束的速度和轨迹,从而调制了能量分布并改变了熔池中的电流。熔池表面的长度和宽度增加,熔池的前固化角减小,从而影响焊缝的硬化过程。
在圆振荡模式下,激光能量恒定,小孔形貌稳定,提高了焊缝的稳定性,防止小孔塌陷。较高振动频率下的回流效应有助于去除毛孔。
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