激光焊接装置和激光焊接方法_2

文档序号:9834361阅读:来源:国知局
珠41)的表面的宽度。因此,当使用焊条时,可以增加设置焊条的位置的适当范围。
[0031]例如,当焊珠42具有如图3所示的管状形状的截面时,惰性气体和氧气的混合气体被用作保护气体(例如,氧气按20%的体积与惰性气体混合)。在这种情况下,可以增加将金属板31和金属板32接合在一起的部分的宽度以及增加接合强度。此外,可以减小金属板31的收缩和金属板32的收缩之间的收缩差异,从而减少焊接变形。
[0032]图4是示出了从焊接部分发射的等离子光的光强度和示出了光强度的时间函数的曲线图。如图4所示,当仅使用惰性气体作为保护气体时(当焊珠具有葡萄酒杯形状的截面时),光强度低于使用惰性气体和氧气的混合气体作为保护气体(当焊珠具有平底杯形状的截面)的情况下的光强度。在图4所示的情况下,当仅使用惰性气体作为保护气体时以及当使用惰性气体和氧气的混合气体作为保护气体时,光强度是稳定的。因此,待形成的焊珠中的每个的截面形状是稳定的。
[0033]另一方面,如图5所示,如果在使用惰性气体和氧气的混合气体作为保护气体执行焊接时氧气不足,则从焊接部分35发射的等离子光的光强度下降。这时候,形成在焊接部分35处的焊珠的截面形状从管状形状变为葡萄酒杯形状。以这种方式,当保护气体的馈送量变化时,形成在焊接部分35处的焊珠的截面形状也变化,从而引起焊接失败。
[0034]在根据该示例实施方式的激光焊接装置I中,以如下方式解决上述问题。即,由光强度测量单元12测量从焊接部分35发射的等离子光的光强度;由变化率计算单元13计算测量的光强度的变化率;以及根据光强度的变化率控制供应到焊接部分35的保护气体的流量。下面将详细描述用于控制根据该示例实施方式的激光焊接装置I的方法。
[0035]首先,将参照图6的流程图和图7描述待形成的焊珠具有葡萄酒杯形状的截面(参见图2)的情况。在待形成的焊珠具有葡萄酒杯形状的截面的情况下,仅使用惰性气体(或者该气体可以包括少量氧气)作为保护气体。在将保护气体供应到焊接部分35的同时通过用激光束扫描焊接部分35来执行焊接期间,激光焊接装置I进行图6中所示的处理。
[0036]首先,光强度测量单元12测量从焊接部分35发射的等离子光22的光强度(步骤
51)。接着,变化率计算单元13计算由光强度测量单元12测量的光强度的变化率(步骤
52)。例如,变化率计算单元13通过对图7的上图中所示的光强度(V)的时间函数进行时间求导来计算光强度的变化率。
[0037]接着,气体馈送量控制单元14确定由变化率计算单元13计算的光强度的变化率是否等于或大于预定阈值“a” (第一阈值:a>0)(步骤S3)。当由变化率计算单元13计算的光强度的变化率小于阈值“a”时(步骤S3:否),气体馈送量控制单元14重复步骤SI至S3的操作而无需改变供应到焊接部分35的保护气体的流量。这种状态(对应于图7中所示的间隔tl)表示保护气体被稳定地供应到焊接部分35并且待形成的焊珠的截面形状也是稳定的。
[0038]另一方面,当由变化率计算单元13计算的光强度的变化率等于或大于阈值“a”时(步骤S3:是),气体馈送量控制单元14控制保护气体供应单元15以增加从喷嘴16供应的惰性气体的流量(步骤S4)。具体地,在图7中所示的时刻t2处,光强度的变化率等于或大于阈值“a”,这表示大大增加了从焊接部分35发射的等离子光22的光强度。这假设是由于氧气的混合(供应过多)或者惰性气体的不足引起的。因此,气体馈送量控制单元14控制保护气体供应单元15以增加从喷嘴16供应的惰性气体的流量。通过以这种方式增加惰性气体的流量,可以形成具有葡萄酒杯形状截面的焊珠。这使得可以抑制熔池的表面的宽度的减小以及将金属板接合在一起的部分的宽度的过度增加。
[0039]此后,光强度测量单元12再次测量从焊接部分35发射的等离子光22的光强度(步骤S5)。接着,变化率计算单元13计算由光强度测量单元12测量的光强度的变化率(步骤S6) ο
[0040]然后,气体馈送量控制单元14确定由变化率计算单元13计算的光强度的变化率是否等于或小于预定阈值“b” (第二阈值:b〈0)(步骤S7)。当由变化率计算单元13计算的光强度的变化率大于阈值“b”时(步骤S7:否),气体馈送量控制单元14增加供应到焊接部分35的惰性气体的流量(步骤S4),并且重复步骤S5至S7的操作。这种情况表示惰性气体的流量仍不足,即使增加了惰性气体的流量。
[0041]另一方面,当由变化率计算单元13计算的光强度的变化率等于或小于阈值b时(步骤S7:是),气体馈送量控制单元14维持当前从喷嘴16供应的惰性气体的流量(步骤S8)。具体地,在图7中所示的时刻t3处,当光强度的变化率等于或小于阈值“b”时,惰性气体的流量增加,而等尚子光22的光强度减小。这表不从焊接部分35发射的等尚子光22的光强度已经返回到稳定状态。因此,气体馈送量控制单元14在该时刻维持惰性气体的流量。因此,可以以适当状态维持保护气体的供应状态。
[0042]此后,通过重复步骤SI至S8的操作,可以执行反馈控制,使得在实时监控保护气体的供应状态的同时可以以适当的馈送量供应保护气体。
[0043]如果即使在重复步骤S4至S7的操作之后,光强度的变化率没有变得等于或小于阈值“b”,应当认为,激光焊接装置失灵。在这种情况下,停止激光焊接操作。
[0044]可以例如通过以下方法预先获得阈值“a”和“b”。首先,对来自无缺陷产品的等离子光的光强度的波形执行傅里叶变换,从而指定高频分量,即噪声。此后,通过低通滤波器移除噪声分量。然后,通过对已穿过低通滤波器的等离子光的光强度的波形进行时间求导来获得函数(dv/dt),并且获得函数(dV/dt)的焊接时间的标准偏差σ和平均值μ。例如,在使用三倍于标准偏差σ的值设定阈值的情况下,阈值“a”由μ+3σ表示,阈值b由μ-3σ表示。平均值μ是通过对光强度的波形进行时间求导而获得的值的平均值,因此平均值是接近O的值。为了增加对等离子光的光强度的变化的灵敏度,可以使用两倍于标准偏差σ的值设定阈值“a”和“b”。相反地,为了降低对等离子光的光强度的变化的灵敏度,可以使用四倍于标准偏差σ的值设定阈值“a”和“b”。
[0045]上面仅作为示例描述了设定阈值“a”和“b”的方法。在根据该示例实施方式的激光焊接装置中,可以通过与上述方法不同的方法设定阈值“a”和“b”。
[0046]接着,将参照图8的流程图和图9描述待形成的焊珠具有管状形状的截面的情况(见图3)。当焊珠具有管状形状的截面时,使用惰性气体和氧气的混合气体作为保护气体。在将保护气体供应到焊接部分35的同时通过用激光束扫描焊接部分35执行焊接期间,激光焊接装置I进行图8中所示的处理。
[0047]首先,光强度测量单元12测量从焊接部分35发射的等离子光22的光强度(步骤
511)。接着,变化率计算单元13计算由光强度测量单元12测量的光强度的变化率(步骤
512)。例如,变化率计算单元13通过对图9的上图中所示的光强度(V)的时间函数进行时间求导来计算光强度的变化率。
[0048]接着,气体馈送量控制单元14确定由变化率计算单元13计算的光强度的变化率是否等于或小于预定阈值“c” (第三阈值:c〈0)(步骤S13)。当由变化率计算单元13计算的光强度的变化率大于阈值“c”时(步骤S13:否),气体馈送量控制单元14重复步骤Sll至S13的操作而无需改变供应到焊接部分35的保护气体的流量。这种情况表示保护气体被稳定地供应到焊接部分35 (对应于图9中所示的间隔til)并且待形成的焊珠的截面形状也是稳定的。
[0049]另一方面,当由变化率计算单元13计算的光强度的变化率等于或小于阈值“c”时(步骤S13:Yes),气体馈送量控制单元14控制保
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