TA15鈦合金激光焊接熔池紅外光輻射信號特征研究.pdf

1、激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)的焊接方法相比，具有能量密度高、焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄、熱變形小、生產(chǎn)效率及自動化程度高等優(yōu)點。隨著大功率高性能激光加工設(shè)備的的不斷研制成功，激光焊接技術(shù)在航空航天、能源、汽車、船舶、電子等工業(yè)領(lǐng)域得到快速發(fā)展，成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的制造技術(shù)之一。激光焊接在這些重要領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得對焊接質(zhì)量的要求越來越高，焊接質(zhì)量的在線監(jiān)測技術(shù)的研究也變得越來越重要。
　　 本文以航空航天領(lǐng)域重要的結(jié)構(gòu)材料高強(qiáng)鈦合金

2、TA15為研究對象，利用CCD攝像機(jī)以及紅外光輻射信號監(jiān)測系統(tǒng)，對多組焊接過程熔池正背面圖像，以及過程中紅外光輻射信號進(jìn)行了記錄。并利用專用軟件對其進(jìn)行了測量和分析。研究結(jié)果表明，在焊接準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程中，鈦合金激光焊接過程的光輻射信號主要來自三個區(qū)域，即金屬蒸氣/等離子體、小孔及熔池區(qū)域。它們各自的輻射峰值波長和頻率各不相同。而對試驗所得到的焊縫正背面紅外光輻射原始信號進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沿焊縫方向根據(jù)信號焊接過程明顯均可分為3個階段：焊接起始階

3、段、焊接準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程和焊接收弧階段。通過對信號的分析，本文采用數(shù)字濾波等方法減少金屬蒸氣/等離子體小孔等輻射信號的影響，主要關(guān)注熔池所輻射的紅外光信號。
　　 通過一組固定其他焊接參數(shù)改變焊接速度從而改變焊接線能量的試驗，定量對比分析了線能量變化對正背面熔池面積，以及紅外輻射信號均值的影響規(guī)律，結(jié)果表明：熔池面積隨焊接線能量呈現(xiàn)規(guī)律變化，同時紅外光信號強(qiáng)度亦隨著焊接線能量呈線性變化。同時對比二者變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其有一致的規(guī)律性，故可

4、用紅外光信號替代熔池面積進(jìn)行進(jìn)一步研究。
　　 在此基礎(chǔ)上，分別對不同板厚的試驗結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：當(dāng)材料板厚發(fā)生變化時，即使單位板厚線能量一樣，最后形成的熔池和紅外光輻射信號也存在區(qū)別，全熔透焊接的結(jié)果主要決定于線能量和板厚；輔助氣體的影響，更換輔助氣體作氬氣和氦氣的比較，發(fā)現(xiàn)對面積的影響小，但氦氣對紅外信號影響大，表明熔池及小孔等溫度與氬氣有差別，但是二者的變化規(guī)律一致，只是閾值有差異，可以通過在監(jiān)測中改變閾值的大小來