A304不锈钢激光焊接等离子体电信号分析

摘要

激光焊接由于其独特的优点，已经得到越来越多的关注和应用。对激光焊接过程的各种信息载体，如光、声、电等信号进行实时检测是有效监控焊接质量的方法。本文利用一种基于等离子鞘层理论建立的无源电探针电信号采集系统，检测了A304不锈钢激光焊接过程中的等离子体电信号。通过对不同的激光功率、焊接速度、保护气流量、保护气喷嘴位置、保护气种类等焊接条件下的电信号进行检测，并对电信号波形图、频谱图以及焊缝成形情况进行对比分析，探究了不同焊接模式下的电信号特征。
　　通过对不同条件下的等离子体电信号波形图分析，结果发现：焊缝具有热导焊特征时，对应焊接过程中的电信号以一定的概率在0V处出现；焊缝具有深熔焊特征或呈“钉”型时，电信号在0V附近不出现，并以一定的幅度在某一负值上下波动，难以从波形图上对二者进行分辨。因而，通过观察电信号是否在0V处出现，来分析焊接过程是否为热导焊过程进行分析。
　　通过不同条件下的等离子体电信号频谱图进行分析，结果发现：各种焊接模式下的电信号频谱均没有明显的特征频率峰值，焊缝具有热导焊特征时，对应的焊接过程中的等离子体电信号频谱在0～500Hz的频率范围内具有很高的幅值，且较为集中；焊缝具有深熔焊特征或呈“钉”型时，对应焊接过程中的电信号频谱分布的频率范围更大，且二者相似，难以进行区别，但是二者均没有热导焊焊缝对应的电信号频谱分布特点。因而，通过观察电信号频谱在0～500Hz的范围内是否具有很高的频率幅值并且分布集中的特点，来分析焊接过程是否为热导焊过程。
　　通过对电信号在特定谱段内的谱强度大小进行计算，可以对焊接模式进行定量判别。在本试验条件下，在500～1000Hz的谱段内，当电信号谱强度E大于19.52时，为深熔焊模式；E小于15.19时，对应焊接过程中的焊缝具有明显的热导焊特征或由于等离子体不能被有效抑制而呈“钉”型，为非深熔焊模式。
　　由此，可以通过电信号波形图或频谱分布特征来定性分析焊接过程是否为热导焊模式，通过电信号在特定谱段内的谱强度大小来定量判断焊接过程是否为深熔焊过程，这为焊接过程的模式判别提供了一种新的思路和方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 激光等离子体

1.3 激光等离子体检测手段

1. 4 本文研究的内容及意义

第二章 激光等离子体电信号检测、分析原理

2.1 激光等离子体电信号检测原理

2.2 影响等离子体电信号检测的因素

2.3 信号采集系统

2.4 等离子体电信号分析原理

2.5 本章小结

第三章 试验方案设计

3.1 试验材料

3.2 热输入条件变化的激光焊接试验方案设计

3.3 侧吹保护气条件变化的激光焊接试验设计

3.4 本章小结

第四章 实验结果与分析

4.1热输入变化的电信号检测结果与分析

4.2侧吹保护气条件变化的电信号检测结果与分析

4.3 综合分析

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢