[发明专利]一种非熔透激光焊接设备及方法

权利要求书

1.一种非熔透激光焊接设备，包括：激光焊接头(1)、传输光纤(2)、激光器(3)、反馈控制系统(6)、计算机(7)、红外温度采集系统(8)，其特征在于：

激光器(3)输出的激光，通过光纤(2)传导到激光焊接头(1)，经过焊接头里面的聚焦透镜聚焦后的激光束(4)作用于焊接材料(5)表面对材料进行焊接，红外温度采集系统(8)在线捕捉焊接过程中焊缝背面的温度，并将获取的信息实时传递给计算机(7)，计算机(7)显示并处理红外温度采集系统(8)采集到的焊缝背面温度信息，并与计算机数据库中焊接材料出现氧化、变色和热影响痕迹的温度值进行对比，实时得出材料的焊接熔深情况，并将控制信息传递给反馈控制系统(6)，通过反馈控制系统(6)对激光器(3)进行控制，实时调节激光的功率，实现非熔透焊接的闭环控制。

2.采用如权利要求1所述的非熔透激光焊接设备进行焊接的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：打开设备的电源，装夹待焊接试件，开启激光器引导光开关，激光器发出引导红光，调节焊接机器人姿态使引导红光照射到焊接起始位置；

步骤2：将红外温度采集系统安装到焊接平台下方位置，要求焊接过程中能实时采集到试件背面温度。

步骤3：根据被焊接材料的性质，设置背部最高温度数据以及焊接参数：参数包括激光器输出功率、焊接速度，焦点位置；

步骤4：开启吹气阀门，设置辅助吹气压力，打开空压机和保护气瓶的气阀，开始吹气，激光器出光，开始焊接；

步骤5：红外温度采集系统(8)实时采集焊缝背面的温度信息；

该步骤中，红外温度采集系统(8)将拍摄的焊接温度场红外热图像转化为视频电信号，图像采集卡将视频信号转化为数字信号存储在计算机内存中，当温度超过材料氧化、烧伤的温度值时，计算机向控制系统发出降低激光功率的信号，控制系统实时降低激光功率；当焊缝背面的温度超过材料的熔点，此时计算机向控制系统发出停止信号，焊接过程中止。

步骤6：焊接过程结束，激光器停止出光，机器人回位。

3.如权利要求2所述的非熔透激光焊接设备进行焊接的方法，其特征在于：

步骤5中，采集到的焊缝背面温度，通过连续激光热源作用下的温升数学模型，求出该时刻下熔点对应的等温线，从而判断出焊接件的熔深，其中温升数学模型为：

T(x,y,z,t)-T0=Σm=-∞+∞Σn=-∞+∞∫0t3P×ηρcπ[πa(t-t1)]1/2×1R2+8a(t-t1)×exp{-[x-v(t-t1)]2+(y-mb)22R2+16a(t-t1)}×exp{-(z-2nδ)24a(t-t1)}dt1]]>

式中：T₀为试件初始温度，P为激光功率；η为激光功率有效系数；R为激光有效作用半径ρ为体积质量，c为比热容，a为热扩散率，δ为板厚，b为工件宽度，v是焊接速度，t₁为焊接开始后的任意时刻，m，n为整数。