专利名称：激光－电弧复合焊接协调控制方法
技术领域：
本发明属于材料工程技术领域，涉及一种焊接协调控制方法，特别是一种复合焊接协调控制方法。
背景技术：
当激光与电弧作用于共同区域，激光与电弧存在相互作用，即为常说的激光-电弧复合热源焊接技术。研究表明激光-电弧复合热源焊接不是两个单一热源简单的叠加，而是两者之间存在着复杂的耦合效应，而最能体现这种复合效果的位置参量就是激光与电弧之间的相互位置(DLA)。当激光与TIG电弧或MIG电弧复合焊接时，DLA的大小直接影响焊接熔深。随着DLA变小熔深增加，但是不宜过小，因为当激光束照射到熔池中心部，容易引起熔化金属急速地蒸发和飞溅，导致焊缝表面成型较差。因此为了得到均匀的熔深和优良的表面成型，DLA的大小必须根据被焊材料和板厚进行选择。但是在复合焊接过程中，由于工件的表面高低变化以及TIG或MIG电极的烧损必然导致DLA跟随发生改变，为此需要在焊接过程中进行实时的DLA调整。另外，DLA的实时控制能够改善复合热源的能量分布状态，因此通过协调控制DLA的大小可以改变焊接接头温度场分布，从而达到改善焊接接头组织，提高焊接接头性能的目的。
发明内容
为了解决现有激光-电弧复合热源焊接方法的不足，本发明提出了一种激光电弧复合焊接协调控制方法，它解决了现有激光-电弧复合焊接技术中由于DLA难于实现控制而出现的一系列问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是一种新型激光-电弧复合焊接协调控制方法，该方法是在激光-电弧复合热源材料加工过程中，采用高速摄像系统、红外热像分析系统与工控机建立激光与电弧相互位置DLA闭环控制系统。具体协调控制方法的步骤是一、根据待加工材料及板厚，利用工控机预置激光功率200W-10kW、电弧功率500W-5kW、保护气体流量5L/min-25L/min的焊接工艺参数；二、在激光-电弧复合焊接过程中，利用高速摄像系统3、红外热像分析技术或两者相结合的方式实时捕捉激光与电弧相互作用图片，测量DLA的值；三、将测量值与预定设置的初始值进行比较，并计算差值，将该差值传给工控机控制系统；四、工控机通过闭环控制系统将控制信号反馈给机械运动装置，从而实现DLA的闭环协调控制，其中，激光冲击点与电弧熔池中心之间的距离DLA为1~6mm，电极2尖端到工件的距离h为1-5mm。
电弧类型为TIG电弧、MIG电弧、MAG电弧或等离子弧。激光类型为YAG固体激光束、CO2气体激光束或二极管激光束。
在激光-电弧复合热源焊接过程中，利用该DLA闭环协调控制系统，使DLA保持没置大小不变，或根据实际焊接情况进行自动调整。该方法的复合方式为激光与电弧同轴或旁轴。
本发明的有益效果是1)利用DLA闭环协调控制方法能够实时控制两种热源的耦合状态，即控制复合热源焊接能量输入，实现对焊接接头微观组织的自动控制，从而达到保证焊接接头质量的目的。2)DLA闭环协调控制方法的应用，能够提高激光-电弧复合热源焊接工艺的适用性，提高实际生产过程中的自动化程度。3)DLA闭环协调控制方法的应用，能够提高焊接过程稳定性，获得连续高质量焊接接头。该新型激光-电弧复合热源技术能够最大限度的利用激光与电弧的能量，与已有的激光-电弧复合热源加工技术相比具有极大的优势。无论从工艺角度和经济角度考虑，都有很大的工业应用潜力和发展前景。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的激光-电弧复合焊接装置示意图。
图中1.激光束，2.电弧电极，3.高速摄像系统。
具体实施例方式
本实施方式采用旁轴激光-电弧复合热源装置，采用高速摄像采集系统为例，参阅图1所示的相对位置。其中激光束1与电弧电极2之间的夹角为45°；激光束1冲击作用点与电弧电极2焊接熔池中心距离DLA为2mm；电极2尖端到工件的距离h为2mm；高速摄像系统3与由激光传输装置和电弧电极组成的复合焊枪固定在一起。协调控制方法实例根据待加工材料及板厚，利用工控机预置激光功率、电弧功率、保护气体流量等焊接工艺参数。在激光-电弧复合焊接过程中，利用高速摄像系统3实时捕捉激光与电弧相互图片，测量DLA的值。将测量值与预定设置的初始值进行比较，并计算差值，将该差值传给工控机控制系统。工控机通过闭环控制系统将控制信号反馈给机械运动装置，从而实现DLA的闭环协调控制。本发明组建的闭环协调控制系统能够实时跟踪、监测DLA的变化，根据预置的参数变化范围，实时控制DLA的大小，从而实现DLA的闭环协调控制。采用这种方式，一方面使激光能量和电弧能量得到充分发挥，显著降低能源消耗，提高加工效率。另一方面可提高激光-电弧复合焊接自动化程度，改善焊接接头表面成形。
权利要求
1.一种新型激光-电弧复合焊接协调控制方法，其特征在于，该方法是，在激光-电弧复合热源材料加工过程中，采用高速摄像系统、红外热像分析系统与工控机建立激光与电弧相互位置(DLA)闭环控制系统，具体协调控制方法的步骤是一、根据待加工材料及板厚，利用工控机预置激光功率200W-10kW、电弧功率500W-5kW、保护气体流量5L/min-25L/min的焊接工艺参数；二、在激光-电弧复合焊接过程中，利用高速摄像系统(3)、红外热像分析技术或两者相结合的方式实时捕捉激光与电弧相互作用图片，测量(DLA)的值；三、将测量值与预定设置的初始值进行比较，并计算差值，将该差值传给工控机控制系统；四、工控机通过闭环控制系统将控制信号反馈给机械运动装置，从而实现DLA的闭环协调控制，其中，激光冲击点与电弧熔池中心之间的距离(DLA)为1~6mm，电极(2)尖端到工件的距离(h)为1-5mm。
2.根据权利要求1所述的一种新型激光-电弧复合焊接协调控制方法，其特征在于，电弧类型为TIG电弧、MIG电弧、MAG电弧或等离子弧。
3.根据权利要求1所述的一种新型激光-电弧复合焊接协调控制方法，其特征在于，激光类型为YAG固体激光束、CO2气体激光束或二极管激光束。
全文摘要
本发明属于材料工程技术领域，涉及一种复合焊接协调控制方法。采用红外热像分析技术、高速摄像技术或者其它能够实现本目的的手段与工控机建立激光与电弧相互位置D
文档编号G05B19/02GK1943960SQ20061004808
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者刘黎明, 宋刚 申请人:大连理工大学