一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法
【专利摘要】一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法，所述方法包括如下步骤：（1）将两根光纤布拉格光栅进行化学镀+电镀的金属化保护；（2）将一待焊金属薄片置于超声波焊接机下砧板上；（3）将两根具有不同中心波长的金属化的光纤布拉格光栅置于待焊薄片上表面待焊部位，两根光栅距离1-2mm，同时保证光纤光栅沿超声波焊振动方向；（4）将另一待焊金属薄片置于前述薄片上，使光纤布拉格光栅处于两层状焊件的待焊部位，光纤布拉格光栅与两金属薄片紧密接触；（5）将光纤布拉格光栅一端连接到光纤光栅网络分析仪上；（6）进行超声波焊；（7）利用相关公式到焊接过程中层状工件内部温度应变的实时变化情况。
【专利说明】一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法。
【背景技术】
[0002]超声波焊是利用超声波的高频振动，在静压力的作用下将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功和变形能，为焊件进行局部清理和加热焊接的一种压焊方法。超声波点焊主要用于连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料。虽然对超声波点焊机理研究较多，但是对超声波点焊过程中焊接区内部温度的研究存在困难。超声波点焊过程快，通常只有不到I秒钟时间；超声波焊接中金属层片直接接触，几乎不存在过渡区。因此很难直接监测超声波点焊金属层片过程中焊件内部的温度应变变化情况。现有的监测方法主要有红外测温法。但是红外测温存在滞后，而且由于超声波电焊中下砧板和超声波电焊头的阻碍，很难直接准确测量快速的超声波电焊中金属层片内部的焊温度场演化。超声波点焊金属曾片过程的压力和内应变变化过程一般采用有限元模拟的方法获得，缺乏直接监测的方法，很难有效指导生产过程。
[0003]光纤布拉格光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。光纤布拉格光栅可以用作温度、压力的测量。如果将两根光纤布拉格光栅置于金属层片待焊部位内部，当进行超声波点焊时两根光纤布拉格光栅的中心波长将会在焊接的温度和压力作用下发生变化。根据两根光栅记录的波长变化，利用光纤光栅中心波长与温度、应力关系公式，用数学计算方法计算得到焊接过程中层状工件内部温度应变的实时变化情况。目前国内外还未见采用光纤布拉格光栅实时监测超声波焊接过程中层状工件内部温度应变的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法，它具有能够实时、准确的检测超声波电焊过程中金属层内的温度、应变演化情况的优点。
[0005]本发明是这样来实现的，一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:
(1)将两根光纤布拉格光栅进行化学镀+电镀的金属化保护
(2)将一待焊金属薄片置于超声波焊接机下砧板上；
(3)将两根具有不同中心波长的金属化的光纤布拉格光栅置于待焊薄片上表面待焊部位，两根光栅距离1-2 mm，同时保证光纤光栅沿超声波焊振动方向；
(4)将另一待焊金属薄片置于前述薄片上，使金属化的光纤布拉格光栅处于两层状焊件的待焊部位，并保证金属化的光纤布拉格光栅与两金属薄片紧密接触；
(5)将光纤布拉格光栅一端连接到光纤光栅网络分析仪上，记录工作环境下的两根光纤光栅中心波长；
(6)开动超声波焊接机进行超声波焊，两根光纤布拉格光栅的中心波长将会在焊接的温度和压力作用下发生变化；
(7)根据两根光栅记录的波长变化，利用光纤光栅中心波长与温度、应变关系公式，用数学公式(I)计算方法计算得到焊接过程中层状工件内部温度应变的实时变化情况
【权利要求】
1.一种超声波金属焊过程中工件内部温度应变实时监测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤: (1)将两根光纤布拉格光栅进行化学镀和电镀的金属化保护 (2)将一待焊金属薄片置于超声波焊接机下砧板上； (3)将两根具有不同中心波长的金属化的光纤布拉格光栅置于待焊薄片上表面待焊部位，两根光栅距离1-2 mm，同时保证光纤光栅沿超声波焊振动方向； (4)将另一待焊金属薄片置于前述薄片上，使金属化的光纤布拉格光栅处于两层状焊件的待焊部位，并保证金属化的光纤布拉格光栅与两金属薄片紧密接触； (5)将光纤布拉格光栅一端连接到光纤光栅网络分析仪上，记录工作环境下的两根光纤光栅中心波长； (6)开动超声波焊接机进行超声波焊，两根光纤布拉格光栅的中心波长将会在焊接的温度和压力作用下发生变化； (7)根据两根光栅记录的波长变化，利用光纤光栅中心波长与温度、应变关系公式，用数学公式(I)计算方法计算得到焊接过程中层状工件内部温度应变的实时变化情况
【文档编号】B23K20/10GK103727889SQ201210384330
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】李玉龙, 吕明阳, 冯艳, 胡勇涛 申请人:南昌大学