专利名称：一种激光焊接温度场的实时测量方法
技术领域：
本发明涉及激光焊接过程监测技术领域，特别涉及对激光焊接过程中加工区温度场实时测量的方法。
背景技术：
激光焊接过程中加工区温度场的动态分布直接影响接头的形态、金相组织、力学性能及应力变形等，最终影响到接头质量水平。因此焊接加工区温度场的实时测量对实现焊接质量的控制具有重要意义。然而在激光焊接过程中不仅焊接热循环速度快，而且熔池温度高，这给焊接温度场的实时准确测量带来了困难。传统的热电偶测温方法具有精度高的特点，但响应速度较慢、在测量过程中需要与母材接触，并且是点测量，难以满足焊接实时温度场测量的要求。热辐射测温法具有非接触、响应速度快的特点，然而物体的辐射发射率会随其材料、温度、辐射波长变化，从而对热辐射测温结果产生影响，并且环境因素也会对测量结果产生一定影响。本发明提出一种将热电偶测温和热辐射测温优势相结合的方法，用以对焊接温度场进行实时测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时、准确测量激光焊接过程加工区温度场的方法。一种激光焊接温度场的实时测量方法，包括以下步骤测量准备步骤将与待焊实件相同材料的样件置于待焊实件前端，样件的焊缝与实件的焊缝在同一轨迹上，样件背面焊缝处埋有双丝热电偶，焊机上设有热辐射图像采集装置；样件标定步骤对样件进行焊接，利用双丝热电偶获取温度数据，利用热辐射图像采集装置采集样件加工区的图像信息，建立温度数据与图像数据信息的对应关系；实件测量步骤对实件进行焊接，利用热辐射图像采集装置采集实件焊接加工区的图像信息，通过查询在样件标定步骤建立的对应关系，获取实件焊接加工区的温度场数据。所述样件标定步骤中的温度数据的具体实现方式为令热电偶A的标称最高工作温度为TA，时间常数为τ Α ；热电偶B的标称最高工作温度为ΤΒ，时间常数为τΒ，ΤΒ > Ta ；样件焊接过程中，记热电偶A的电势第一次达到极大值的时刻为tAm，并记两个热电偶到达最高工作温度TA、Tb对应的时刻分别为、、t2。依据热电偶分度表分别把、时刻前的热电偶A的电势Ua (t)及t2时刻前热电偶B 的电势υΒα)转化成相应的温度数据 A(t)、 B(t)；
toon] 当采样时刻t彡ti，依据公式θ⑴= A(t)+k、 A ‘ (t)和 α) = B(t)+kxB B‘ (t)计算出t时刻的温度 ⑴和比值k; 当采样时刻ti<t<t2，依据公式 (t) = B(t)+kTB@B‘ (t)计算出t时刻的温度θ (t)；
当采样时刻t > t2，依据公式θ (t) = θ (t2)kB(t)计算出t时刻的温度θ (t)， 其中，
权利要求
1.一种激光焊接温度场的实时测量方法，包括以下步骤测量准备步骤将与待焊实件相同材料的样件置于待焊实件前端，样件的焊缝与实件的焊缝在同一轨迹上，样件背面焊缝处埋有双丝热电偶，焊机上设有热辐射图像采集装置；样件标定步骤对样件进行焊接，利用双丝热电偶获取温度数据，利用热辐射图像采集装置采集样件加工区的图像信息，建立温度数据与图像数据信息的对应关系；实件测量步骤对实件进行焊接，利用热辐射图像采集装置采集实件焊接加工区的图像信息，通过查询在样件标定步骤建立的对应关系，获取实件焊接加工区的温度场数据。
2.根据权利要求1所述的激光焊接温度场的实时测量方法，其特征在于，所述样件标定步骤中的温度数据的具体实现方式为令热电偶A的标称最高工作温度为TA，时间常数为τ Α ；热电偶B的标称最高工作温度为ΤΒ，时间常数为τΒ，ΤΒ > Ta ；样件焊接过程中，记热电偶A的电势第一次达到极大值的时亥IJ为tAm，并记两个热电偶到达最高工作温度TA、Tb对应的时刻分别为、、t2。依据热电偶分度表分别把、时刻前的热电偶A的电势Ua (t)及t2时刻前热电偶B的电势UB(t)转化成相应的温度数据 A(t)、 B(t)；当采样时刻t彡、，依据公式θ (t) = A(t)+kxA A ‘ (t)和θ (t)= B(t)+kxB B‘ (t)计算出t时刻的温度 ⑴和比值k;当采样时刻、< <、，依据公式 ⑴= B(t)+kTB@B‘⑴计算出t时刻的温度θ⑴；当采样时刻t>t2，依据公式 a) = a2)kB(t)计算出t时刻的温度 α)，其中， kB(t) = C0 + C1AUbi(I) + C2AUl1(I) + C3AUl1(I), Δ Ubi (t) = Ubi (t) -Ubi U1)，Um (t) = Ub (t) +k τ BU ‘ B (t)，系数Ctl，C1, C2, C3是利用采样时刻、到、间的实际温度 ⑴及电动势队⑴对方程 kACt) = C0 + C1AUaiOO + C2AUl1Ct) + C3AUl1(I)进行拟合确定，其中，kA(t) = Δ Uai (t) = Uai (t) -Uai (tl)，Uai (t) = Ua (t) +k τ AUA‘ (t)，K = ^m ^ ‘2。Ta1^2 lAm〉1全文摘要
本发明提供一种激光焊接温度场的实时测量方法，具体为测量准备步骤将与待焊实件相同材料的样件置于实件前端，样件的焊缝与实件的焊缝在同一轨迹上，样件背面焊缝处埋有双丝热电偶，焊机上设有热辐射图像采集装置；样件标定步骤对样件焊接，利用双丝热电偶获取温度数据，利用热辐射图像采集装置采集图像信息，建立两者的对应关系；实件测量步骤对实件焊接，利用热辐射图像采集装置采集图像数据信息，查询建立的对应关系，获取实件焊接加工区的温度场数据。本发明样件焊接中采用热电偶进行温度测量，保证温度场图像数据标定的准确度；在实件焊接时仅采用热辐射图像测温装置，克服了热电偶响应速度慢的缺点，满足焊接加工实时测温的要求。
文档编号G01J5/00GK102538998SQ20121000756
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘文中, 周凯波, 孔力, 张朴, 李军, 程晶晶 申请人:华中科技大学