[发明专利]一种激光焊接温度场的实时测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接过程监测技术领域，特别涉及对激光焊接过程中加工区温度场实时测量的方法。

背景技术

激光焊接过程中加工区温度场的动态分布直接影响接头的形态、金相组织、力学性能及应力变形等，最终影响到接头质量水平。因此焊接加工区温度场的实时测量对实现焊接质量的控制具有重要意义。然而在激光焊接过程中不仅焊接热循环速度快，而且熔池温度高，这给焊接温度场的实时准确测量带来了困难。传统的热电偶测温方法具有精度高的特点，但响应速度较慢、在测量过程中需要与母材接触，并且是点测量，难以满足焊接实时温度场测量的要求。热辐射测温法具有非接触、响应速度快的特点，然而物体的辐射发射率会随其材料、温度、辐射波长变化，从而对热辐射测温结果产生影响，并且环境因素也会对测量结果产生一定影响。本发明提出一种将热电偶测温和热辐射测温优势相结合的方法，用以对焊接温度场进行实时测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时、准确测量激光焊接过程加工区温度场的方法。

一种激光焊接温度场的实时测量方法，包括以下步骤：

测量准备步骤：将与待焊实件相同材料的样件置于待焊实件前端，样件的焊缝与实件的焊缝在同一轨迹上，样件背面焊缝处埋有双丝热电偶，焊机上设有热辐射图像采集装置；

样件标定步骤：对样件进行焊接，利用双丝热电偶获取温度数据，利用热辐射图像采集装置采集样件加工区的图像信息，建立温度数据与图像数据信息的对应关系；

实件测量步骤：对实件进行焊接，利用热辐射图像采集装置采集实件焊接加工区的图像信息，通过查询在样件标定步骤建立的对应关系，获取实件焊接加工区的温度场数据。

所述样件标定步骤中的温度数据的具体实现方式为：

令热电偶A的标称最高工作温度为T_A，时间常数为τ_A；热电偶B的标称最高工作温度为T_B，时间常数为τ_B，T_B＞T_A；样件焊接过程中，记热电偶A的电势第一次达到极大值的时刻为t_Am，并记两个热电偶到达最高工作温度T_A、T_B对应的时刻分别为t₁、t₂。

依据热电偶分度表分别把t₁时刻前的热电偶A的电势U_A(t)及t₂时刻前热电偶B的电势U_B(t)转化成相应的温度数据Θ_A(t)、Θ_B(t)；

当采样时刻t≤t₁，依据公式Θ(t)＝Θ_A(t)+kτ_AΘ_A′(t)和Θ(t)＝Θ_B(t)+kτ_BΘ_B′(t)计算出t时刻的温度Θ(t)和比值k；

当采样时刻t₁＜t≤t₂，依据公式Θ(t)＝Θ_B(t)+kτ_BΘ_B′(t)计算出t时刻的温度Θ(t)；

当采样时刻t＞t₂，依据公式Θ(t)＝Θ(t₂)k_B(t)计算出t时刻的温度Θ(t)，其中，