[发明专利]一种抑制焊接缺陷的体系化调控方法

说明书

本发明涉及一种抑制焊接缺陷的体系化调控方法，其用于对钛合金蒙皮‑桁条壁板双激光束双侧同步焊接缺陷进行控制。通过开展钛合金蒙皮‑桁条壁板试片件双激光束双侧同步焊接实验，收集接头信息，利用RSM响应面分析法建立起工艺参数与焊缝信息、接头缺陷信息之间的统计学模型。在钛合金蒙皮‑桁条壁板结构件双激光束双侧同步焊接过程中，激光过程控制系统对焊缝区域进行实时监测，捕捉的焊缝信息经处理后反馈至信息判断中心。若焊缝质量不合格，根据反馈的判定结果，调节中心进一步提出参数优化方案，焊接过程继续。优化方案的制定以试片件实验所建立的工艺参数与焊缝信息、接头缺陷信息的统计学模型为指导，最终实现了控制钛合金蒙皮桁条壁板双激光束双侧同步焊接缺陷的目的。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种抑制焊接缺陷的体系化调控方法，特别涉及双激光束双侧同步焊接过程的体系化控制技术。

背景技术

钛合金具有良好比强度、比模量等独特优势，与铝合金蒙皮-桁条壁板结构相比，钛合金蒙皮-桁条壁板结构有着更高的可靠性，同时也满足了飞行器对轻量化的需求，在航空工业的迅速发展背景下，钛合金蒙皮-桁条壁板结构的应用更为广泛。双激光束双侧同步焊接技术是一种全新的激光焊接工艺，该技术能有效缓解蒙皮-壁板的变形问题，同时也成功避免了传统的单面焊双面成形工艺对蒙皮表面完整性的破坏，因而该技术有着极大的优越性。在国外，该工艺已经实现了在不同系列的大型载人客机上的应用。

由于焊接工艺的不成熟，焊接过程中易产生焊接缺陷。焊接缺陷的存在，将严重影响焊件的力学性能，因此焊接缺陷的控制一直以来都是亟待解决的难题。钛合金在焊接过程中极易吸氢、吸氧，若保护不当，焊后焊缝区将存在大量气孔缺陷。且由于当前钛合金双激光束双侧同步焊接工艺尚不完善，工艺参数的选择不当时，焊后出现的未熔合、未焊透以及裂纹等焊接缺陷将大大削弱焊件的疲劳极限，降低焊件的使用寿命，实现钛合金蒙皮-桁条壁板双激光束双侧同步焊接缺陷的抑制仍存在一定困难。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种抑制焊接缺陷的体系化调控方法。通过对焊接过程以及焊后凝固的焊缝区域进行实时监测，分离得到缺陷信息并反馈至信息控制中心进行判定。基于判断结果，对工艺参数进行进一步优化，从而实现对焊缝区缺陷的控制。

为了达到上述目的，本发明提供的一种抑制焊接缺陷的体系化调控方法，包括下述步骤：

(1)激光过程控制系统实时监测焊缝质量：在实际焊接过程中，激光过程控制系统对焊缝质量进行实时监测，利用自身集成的传感器对焊缝宏观成形情况以及3D焊缝数据进行捕捉；

(2)焊缝缺陷信息的提取与反馈：基于传感器捕捉的3D焊缝信息和3D接头信息，全局控制系统对焊缝信息与接头缺陷信息进行分离和提取，并进一步反馈至信息判断中心；

(3)焊缝质量判断：信息判断中心对所得的缺陷信息进行判断，当焊缝区未出现大尺寸气孔、未熔合、焊漏、咬边等缺陷时，此时判定焊缝质量合格，焊接过程可继续进行；当焊缝区出现大尺寸气孔缺陷，或者焊缝出现焊漏、未熔合等焊接缺陷时，可判定焊缝质量不合格，焊接过程终止，判定结果反馈至调节中心；

(4)参数优化方案的制定：调节中心接收到缺陷信息的判定结果，当焊缝质量不合格时，需要对工艺参数进行优化调整。以试片件实验所建立的工艺参数与焊接缺陷响应之间的统计学模型为指导，对焊接工艺参数进行优化处理。通过调整激光功率、焊接速度、离焦量以及激光入射角度等参数，实现对钛合金蒙皮-桁条壁板双激光束双侧同步焊接缺陷的控制。

进一步地，搭设激光过程控制系统，实际焊接过程中，激光过程控制系统位于激光头后侧，并与激光头保持同步，可实现对焊缝质量的实时监测。

进一步地，激光过程控制系统集成有3D激光传感器、视频传感器、反射式光电传感器以及温度传感器，其中，3D焊缝信息由3D激光传感器、视频传感器进行捕捉，缺陷信息由温度传感器和反射式光电传感器进行捕捉。所有信息均以电信号的形式反馈至信息判断中心。