[发明专利]基于特征元素等离子体光信号的镀锌钢激光添粉焊接过程中焊接缺陷的在线诊断方法

权利要求书

1.一种基于特征元素等离子体光信号的镀锌钢激光添粉焊接过程中焊接缺陷的在线诊断方法，其装置包括工作台，固定在工作台上的镀锌钢(1)；在所述镀锌钢(1)焊接部位正上方设有焊接头(2)，该焊接头(2)内设有聚焦镜，镀锌钢激光添粉焊接的同步添粉装置固定在焊接头(2)上，所述镀锌钢(1)焊接部位侧上方设有多个光敏传感器(4)，该光敏传感器(4)通过信号线将采集的等离子体光信号直接保存并显示在计算机(5)中；其特征是，激光束聚焦后对镀锌钢(1)进行激光焊接；同时利用光敏传感器(4)采集镀锌钢(1)激光添粉焊接过程中的特征元素等离子体光信号，采集的特征元素包括镀锌钢(1)本体材料的特征元素和所添加的粉末材料的特征元素，通过特征元素对等离子体光信号的在线监测得出焊接过程中材料的特征元素的种类和对应特征元素的添加量m；最后得出所述镀锌钢本体材料被电离产生的特征元素等离子体光信号的强度I与焊接缺陷之间的关联：镀锌钢(1)激光焊接过程，当特征元素等离子体光信号的强度I处于动态稳定时无焊接缺陷产生；当特征元素等离子体光信号的强度I急剧变化或波动时产生焊接缺陷，所述焊接缺陷包括气孔、焊缝表面的凹陷；所添加的粉末材料的特征元素等离子体光信号的强度I与单位时间内所添加对应特征元素的添加量m呈近线性关系：I＝K1*m+K2，其中K1、K2为相应的常数；通过采集激光添粉焊接过程中粉末材料对应元素的等离子体辐射光信号强度I，获得所添加的粉末量，从而判断焊接过程中焊接缺陷的产生：当粉末材料特征元素等离子体光信号强度增加时，焊接缺陷产生概率减小；当粉末材料特征元素等离子体光信号强度降低时，焊接缺陷产生概率增大。

2.根据权利要求1所述的在线诊断方法，其特征在于，所述添加的粉末材料为铜粉，焊接过程中所述光敏传感器(4)同时采集了三种特征元素的等离子体光信号，分别为：粉末材料中的铜元素等离子体光信号、镀锌钢(1)中的锌元素等离子体光信号、镀锌钢(1)中的铁元素等离子体光信号；

采用光敏传感器(4)在线监测铜粉添加量：光敏传感器(4)采集的特征元素等离子体光信号为铜元素等离子体光信号，光敏传感器(4)只采集铜元素特定波长的等离子体光信号；

采用光敏传感器(4)在线监测锌等离子体光信号：由锌等离子体光信号强度判断锌的气化量，相应的锌等离子体光波长分别为334.5nm、481.0nm，光敏传感器(4)只采集相应波长的等离子体光信号；

采用光敏传感器(4)在线监测铁等离子体光信号：由在线监测铁等离子体光信号是否处于稳定波动状态诊断焊接缺陷的产生，相应的铁等离子体光波长分别为394.52nm、402.45nm，光敏传感器(4)只采集相应波长的等离子体光信号；

采集的上述铜、锌、铁三种特征元素的等离子体光信号，通过观测三种等离子体光信号变化特征可在线实时诊断焊接缺陷：铜元素等离子体光信号增强对应于锌的蒸气量降低，锌的蒸气量减少对应于焊接缺陷产生概率的降低，因此铜元素等离子体光信号增强对应于焊接缺陷产生概率的降低；锌元素等离子体光信号出现剧烈波动，在信号剧烈波动的波峰与波谷处均有可能产生焊接气孔，且在波峰时产生焊接气孔的概率更大；铁元素等离子体光信号出现剧烈波动，在信号剧烈波动的波峰与波谷处均有可能产生焊接气孔，且在波峰时产生焊接气孔的概率更大。

3.根据权利要求1或2所述的在线诊断方法，其特征在于，所述光敏传感器(4)的采集频率不小于100Hz。

4.根据权利要求1或2所述的在线诊断方法，其特征在于，所述单位时间内所添加对应特征元素的量m取值范围为1-20g/min。