大功率盤型激光焊金屬蒸氣特征值分析.pdf

1、隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，激光焊接以其高速、環(huán)保和高效的優(yōu)越性，超越傳統(tǒng)焊接方式，在接合作業(yè)中受到廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)激光器相比，大功率盤型激光焊在激光束質(zhì)量、加工效率和設(shè)備性能等方面均具有明顯的優(yōu)勢。
　　 對于大功率盤型激光焊，金屬焊件表面在激光束輻射下強烈汽化并形成等離子體狀的金屬蒸氣羽狀物。該金屬蒸氣羽狀物可逆向激光束傳輸，對激光有明顯的屏蔽作用，降低激光輻射至焊件的能量密度，影響焊接效率和質(zhì)量。因此研究金屬蒸氣特征變化規(guī)律及

2、其與焊接質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)，可實現(xiàn)由金屬蒸氣特征實時監(jiān)測激光焊接狀態(tài)。
　　 以10kW大功率盤型連續(xù)激光焊接304不銹鋼鋼板為試驗對象，應(yīng)用高速攝像機攝取金屬蕉氣動態(tài)圖像，將其轉(zhuǎn)換至HSI(Hue－Saturation-Intensity)空間，提取金屬蒸氣面積、激光束受影響路徑長度等相關(guān)特征量，以焊縫熔寬的變化作為衡量焊接狀態(tài)穩(wěn)定性的參數(shù)。通過金屬蒸氣特征值的均值統(tǒng)計和方差分析發(fā)現(xiàn)：金屬蒸氣面積反映激光能量吸收效率，面積值越大，

3、焊接質(zhì)量越好，激光束路徑長度反映激光能量削減程度，路徑長度越長，焊接質(zhì)量越差。同時利用短時傅里葉變換獲得金屬蒸氣面積參量的時頻信息，提取各個窗口內(nèi)的時頻特征量，并利用系統(tǒng)聚類法進行聚類分析。試驗結(jié)果表明，在特定的試驗參數(shù)條件下，金屬蒸氣頻率特征量聚類曲線的6次方擬合曲線與焊縫寬度6次方擬合曲線波動一致，有效地反映熔寬變化趨勢，激光束路徑長度頻率特征量聚類曲線的6次方擬合曲線與焊縫寬度6次方擬合曲線波動相反。最后，對金屬蕉氣與激光束路徑比