[发明专利]一种超窄间隙激光填丝焊接熔池图像实时监测装置

说明书

一种超窄间隙激光填丝焊接熔池图像实时监测装置，涉及一种激光填丝焊接熔池图像实时监测装置。本发明是要解决现有的超窄间隙激光填丝焊接熔池图像实时监测会受到焊丝及试板等的阻碍，焊接过程中产生大量烟尘、受坡口拘束的等离子体干扰的技术问题。本发明解决了窄间隙激光焊接过程中坡口对内部焊接过程动态信息采集的阻挡，通过小角度固定相机使得焊接过程中熔池及表面信息实现可视化，其方法简单，易于实现，工作稳定可靠，可广泛应用于窄间隙激光焊接系统中。辅助气体吹送装置可以在不遮挡激光束的工作与相机拍摄的条件下接近焊接熔池，一方面保证窄间隙约束条件下激光束传输能量不被影响；另一方面避免相机的拍摄路径被干扰得到清晰的图像。

技术领域

本发明涉及一种激光填丝焊接熔池图像实时监测装置。

背景技术

厚板的激光自熔焊所能焊接厚度主要受激光功率和焊缝成形的限制，随着大功率激光器的不断面世，有关厚板的激光自熔焊接研究很多，但由于其所需功率大，且焊接过程中气孔问题和稳定性问题并不能得到很好解决，又或者是解决方法并不适用于工程实际。激光填丝焊为激光厚板焊接提供了一种除增加功率以外的解决途径，同时铝合金焊接中易出现的合金烧损问题也可以通过填丝得到改善。激光焊接对于装配的精度要求极高，填丝焊可以降低焊接过程中对工件尺寸精度的要求，提高间隙搭接能力以及对中容忍性。此外通过调配添加焊丝的成分可以有效改善焊缝冶金成分，从而获得能充分满足各种性能需求的焊接接头。但与此同时，填丝焊过程中送丝速度与激光功率和焊接速度的匹配、送丝机构的稳定性等也使得焊接工艺变得更加复杂。

窄间隙焊接方法作为一种大幅度减小坡口面积，从而在较小的焊接线能量下可实现高效优质焊接的焊接方法，已成为厚板焊接中的一种重要手段。窄间隙焊接可以显著地提高焊接效率，降低焊接成本。焊接道数及填充材料的减小使得整个焊缝热影响区也会相应变小，提高了焊接质量。坡口内多次焊接，使得焊缝及附近母材经历了多次回火，从而得到一个晶粒细小的区域，大大提高了其力学性能。与此同时，熔化金属的减少也使得焊后残余应力减小，焊接变形变小。综上所述，窄间隙激光填丝焊已经成为解决厚板焊接存在问题的一种极具潜力的焊接方法，但窄间隙焊接中由于独特的坡口形式，常易出现层间或侧壁未熔合等缺陷，其工艺窗口通常比较窄，须通过大量的试验优化工艺参数。在焊接过程中加入可视化系统，可对焊接状态是否稳定进行直观的判断，也可以起到指导工艺的作用。

目前常规的焊接过程监测手段包括熔池图像以及光、声信号等的采集，但由于窄间隙坡口内部空间较小，且有焊丝及试板等的阻碍，焊接过程中产生大量烟尘、受坡口拘束的等离子体干扰等问题，光谱信号及声信号都难以避免这些干扰进行准确的采集。而熔池图像的采集也由于坡口间隙较小，光和丝均会阻碍相机的拍摄，也无法获得清晰的焊丝过渡和熔池流动状态。

发明内容

本发明是要解决现有的超窄间隙激光填丝焊接熔池图像实时监测会受到焊丝及试板等的阻碍，焊接过程中产生大量烟尘、受坡口拘束的等离子体干扰的技术问题，而提供一种超窄间隙激光填丝焊接熔池图像实时监测装置。

本发明的超窄间隙激光填丝焊接熔池图像实时监测装置是由激光头1、第一连接杆2、直角板4、第一螺栓5、纵向调节丝杠6、纵向连接杆7、连接板8、相机9、照明光源10、第二螺栓11、辅助气体吹送装置12、调节旋钮14、顶丝螺栓15、转轴16、安装板17、送进焊丝19、正面固定盘20和背面固定盘21组成；

所述的直角板4是由两个互相垂直的平板组成，其中一个平板上设置两个平行的通槽4-1，直角板4通过多个第一螺栓5固定在激光头1的侧壁上，第一螺栓5穿过两个通槽4-1，直角板4拐角处的棱为竖直方向；所述的纵向调节丝杠6固定在直角板4中未设置通槽的平板上，纵向连接杆7的上端固定在纵向调节丝杠6中的竖直移动的部件上，纵向连接杆7的下端与连接板8的上端固定；