[发明专利]一种用于改善双激光束双侧同步焊接收弧缺陷的脉冲激光转换装置与方法

说明书

本发明涉及一种用于改善蒙皮‑桁条结构双激光束双侧同步焊接接头收弧缺陷的脉冲激光转换装置与方法。其特点在于，通过在收弧位置将连续激光变为脉冲激光以达到改善收弧缺陷的目的。在双激光束双侧同步焊接即将结束时，光开关打开，连续激光变成脉冲激光，通过脉冲激光比较系统将检测到的电流信号与既定电流信号进行比较，通过放大器将信号输出到脉冲控制系统实现对脉冲激光峰值的调节。焊后对T型接头的弧坑深度大小进行测量，并使用X射线无损检测法检测气孔和裂纹，将检测结果与脉冲能量形成关联数据库，探明脉冲激光能量对收弧位置焊缝质量的影响，为获得高质量双激光束双侧同步焊接接头提供指导。

技术领域：

本发明涉及一种用于改善双激光束双侧同步焊接收弧缺陷的脉冲激光转换装置与方法，属于铝合金或钛合金激光焊接弧坑缺陷控制技术领域。

背景技术：

铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好与良好的热稳定性等性能，目前已被大量应用于航空航天结构件中。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，是激光材料加工技术应用的重要方面之一。激光焊接技术具有变形小、能量高的特点，尤其是对于飞机机身筒段中最为常见的蒙皮-桁条结构，采用双激光束双侧同步焊接技术不仅可以实现T型结构焊接接头的高效连接，而且相比于铆接大大减轻了机身的重量。但是由于激光束在收弧段速度的逐渐降低，导致单位时间激光热输入增大，从而导致弧坑的产生，降低了T型结构的力学性能。采用脉冲激光可以降低激光束的热输入，从而改善收弧处弧坑缺陷。

对于焊缝上某一点来说，线能量用来表征单位长度上输入能量的大小，通常用功率和焊接速度的比值表示。在焊接末端，由于输入能量保持不变，而激光器进行减速，则线能量迅速增加，从而引发了收弧弧坑焊接缺陷。弧坑是焊缝的薄弱处，并且伴随着气孔、裂纹等缺陷的产生。光开关实现了将连续激光转换为脉冲激光，脉冲激光有效降低了能量输入，并且国内已有学者研究发现脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想，可以获得更高抗拉强度和较为理想的焊缝形貌。

发明内容：

1.一种用于改善双激光束双侧同步焊接收弧缺陷的脉冲激光转换装置与方法，其特征在于：包括脉冲激光转换装置和弧坑深度大小、X射线气孔、裂纹缺陷检测结果与脉冲激光峰值与基值关联数据库。其中脉冲激光转换装置包括：脉冲激光开关装置，脉冲激光比较系统与反馈装置，脉冲激光峰值控制系统。对脉冲激光转换装置相匹配的方法为：脉冲激光开关装置的光开关控制连续激光变为脉冲激光，通过脉冲激光比较系统实现对脉冲激光电流信号的实时监控，通过激光峰值控制系统对脉冲激光的峰值进行实时调控，实现精准控制激光热输入的目的。在收弧过程中，假设焊接速度均匀减小，通过相应的计算公式得出脉冲激光峰值的分布，并转化为电流信号作为给定值。对焊接完成的弧坑进行深度测量、X射线检测气孔、裂纹缺陷并与脉冲峰值与基值建立关联数据库。

2.进一步的，双激光束双侧同步焊接蒙皮-桁条材料选用铝合金或钛合金，在焊前进行打磨后使用碱洗液去除待焊件表面的油脂等杂质，并使用丙酮擦拭试样表面以确保试样表面清洁，然后用专用的夹具进行装夹。

3.进一步的，对激光头的位置和角度进行调整，对焊接机器人进行示教，在距离焊接结束位置还有5mm的位置放置光信号检测器，当有激光通过时释放脉冲电流信号，触发同步信号发生器。

4.进一步的，在蒙皮-桁条结构双激光束双侧同步焊接过程中，使用保护气体进行防氧化保护，当激光束到达距离结束位置还有5mm的位置，同步信号发生器控制光开关的打开，连续激光变为脉冲激光，对焊缝末端进行焊接。

5.进一步的，脉冲激光比较系统中的信息采集装置用来接收脉冲峰值，光电探测器将脉冲激光信号转换为电流信号，比较器用于输出电流信号与给定电流信号的差值，通过放大器用于将差值放大，并传输到脉冲激光峰值控制系统。