激光焊小孔等离子体电特性检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于激光加工技术，更加具体的说，具体设及一种检测激光焊接过程 中包含小孔内等离子及工件上方等离子体羽的电特性的检测装置及方法，本实用新型所述 小孔等离子体的含义是指在深烙焊条件下小孔内等离子及由小孔内喷发出的等离子体。
【背景技术】
[0002] 在激光焊接过程中，高能激光束与工件及保护气体相互作用，产生等离子体，亦称 激光等离子体。激光焊可W分为热导焊和深烙焊两种模式，具体的说，激光深烙焊过程中产 生的等离子体包含小孔内的等离子体和工件上方的等离子体羽，可W统称之为等离子体。 焊接过程中产生的等离子体对焊接过程的稳定与否和焊接质量差异有着重要的影响。所W 对激光等离子体的研究有重要的实际意义。
[0003] 从辩证的角度来讲，激光等离子体是我们探测激光焊接过程的桥梁。一方面，激光 等离子体中包含了关于焊接过程的重要信息，例如光、电及声信号，国内外有较多的研究， 通过对等离子中信息的研究可W获取关于焊接过程的基本信息；另一方面，等离子体对工 件的焊接质量有重要的影响，具体表现在工件上方的等离子体羽对激光束的散射及吸收作 用，使得激光到达工件表面的能量密度减少，进而影响焊接质量。由于本实用新型只是设 及激光等离子体电信号的检测，故在此只说明关于激光等离子体电信号探测的现有技术。 在一般稳态等离子体的电信号检测方面，WLangmuir探针最为广泛，运是一种有源探针， 但是并不适用于激光焊接过程中产生的具有一定波动性的等离子电特性的检测。另外，关 于无源电探针检测激光等离子体电特性的现有技术有，激光等离子体的无源电检测装置及 方法（专利号201310513676. 6)及检测激光等离子体的光电探针及其使用方法（专利号 201110360537.5)已获得相关专利授权。值得注意的是，在激光深烙焊模式下，小孔内充满 了等离子体，在蒸汽压力，烙池静压力及表面张力相互平衡的状态下，小孔维持张开，焊接 过程稳定。所W，要对激光焊接质量进行监控，有必要对小孔内的等离子体特性进行检测。 但是，现今无论是利用光电探针还是Langmuir探针或是无源电探针检测等离子的方法只 局限在工件上方的等离子体羽，并没有一种检测激光深烙焊模式下的小孔内等离子体特性 的装置及方法。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术在检测激光深烙焊模式下小孔内等离子电 特性的局限性，提出一种包含小孔内等离子体及小孔中喷发出的等离子体的电源模型，并 在此基础之上实用新型了一种可W对小孔等离子体电特性进行检测的装置及方法，实现了 对激光深烙焊模式下小孔等离子体电特性的检测。
[0005] 本实用新型的技术目的通过下述技术方案予W实现：
[0006] 激光焊小孔等离子体电特性检测装置，包括电信号检测装置、第一连接导线、第二 连接导线、变阻器、放大电路、数据采集卡和计算机，其中：
[0007] 电信号检测装置通过第二连接导线与变阻器相连；第一连接导线的一端与变阻器 相连，另一端与工件相连；变阻器与放大电路相连，放大电路与数据采集卡相连，数据采集 卡与计算机相连，激光束与工件及保护气体相互作用，形成等离子体，等离子体中的电流信 号经电信号检测装置和工件的连接导线引出，流经外接负载电阻（即变阻器），由放大电路 和数据采集卡采集负载电阻两端的电压信号，通过电压和电阻即可得出等离子中的电流信 号，最终电压信号和电流信号进入计算机进行存储；
[0008] 电信号检测装置包括探测机构、下盖和上盖；探测机构整体为圆筒状，上端开口， 下端设置挡片，在挡片的中央设置激光作用口，在激光作用口的一侧设置气体流出口，探测 机构的中央为通孔结构，W为激光作用提供通道；上盖和下盖的中央位置均设置有通孔，上 盖和下盖连接为一个整体为圆柱状的壳体，在壳体内部形成空腔，在下盖上设置与空腔相 连的进水嘴、出水嘴和进气嘴；出气嘴设置在探测机构的挡片上，其一端通过连接管道与进 气嘴相连，另一端与气体流出口相连；探测机构整体位于壳体内，探测机构的上端固定设置 在上盖的通孔中，探测机构的挡片固定设置在下盖的通孔中且与下盖的下表面平齐，共同 组成电信号检测装置的下表面，并在电信号检测装置的下表面上设置耐热绝缘层。
[0009] 在上述技术方案中，探测机构的中央为通孔结构，与挡片中央的激光作用口配合 为激光作用提供通道，激光源通过探头机构的通过和激光作用口，作用在工件进行激光焊 接；通孔结构由上端的圆形通孔和下端的锥形孔组成，锥形孔的最大直径与圆形通孔直径 一致，均为小于等于IOmm优选在6-10mm，W避免等离子体对激光束的透镜效应，锥形孔的 最小直径为3-5mm，W使得激光等离子体与探测机构的通孔结构的下端锥形孔的表面良好 接触。
[0010] 在上述技术方案中，探测机构的挡片的上端的圆筒状结构的壁厚在2-3mm。
[0011] 在上述技术方案中，耐热绝缘层的厚度在0. 5mm之内，材料选用耐热（针对激光焊 接的溫度，能够承受且不发生烙化形变等）的绝缘材料即可，选用涂覆、粘附均可；使用耐 热绝缘层的目的在于切断工件上方等离子体羽与焊接工件组成的电流回路，使得等离子体 中的电流信号流入探测机构，运相当于改变了等离子体中的电流回路，实现了利用电信号 探测装置检测激光焊接过程中小孔等离子体的电特性运一目的。
[0012] 在上述技术方案中，在待焊接工件上设置有夹具，用于夹持和固定电信号检测装 置。
[0013] 在上述技术方案中，为方便进行电信号的传导，电信号检测装置中的探测机构、下 盖、上盖、进水嘴、出水嘴、进气嘴选用金属材料，优选铜，即将整个电信号检测装置整体采 用金属材料进行制备，W便于在电信号检测装置的任何部位均可与第二连接导线相连，向 外导出电信号。
[0014] 在上述技术方案中，进水嘴和出水嘴设置在下盖直径的两端，W便冷却水由进水 嘴进入空腔后，流经最长的距离（即下盖的直径）后，再从出水嘴流出，更好地为整个电信 号检测装置提供冷却处理。
[0015] 在上述技术方案中，进气嘴设置在连接进水嘴和出水嘴的圆弧的中央位置，用于 激光焊接保护的惰性气体从进气嘴经连接管道，进入出气嘴，再经过气体流出口流出，实现 对激光焊接的气体保护，W实现气体和冷却水的分离存在，同时冷却水实现对连接管道的 冷却。
[0016] 在上述技术方案中，所述气体流出口设置在挡片上且贯穿整个挡片，W形成导气 通道，导气通道的中轴线与整个电信号检测装置的下表面（即水平方向）的夹角为30-50°，W使惰性气体（氮气、氮气或者氣气）能够对激光与工作作用区域及其周围进行保护 (保护焊缝，防止其氧化）。
[0017] 在上述技术方案中，所述连接管道选用导气软管即可。
[0018] 在上述技术方案中，出气嘴通过螺纹连接设置在探测机构的挡片上。
[0019] 在上述技术方案中，上盖与下盖外表面直径在60 -IOOmm之间，壁厚3-5mm，腔体 高度30-60mm范围内，W保证冷却效果。
[0020] 在上述技术方案中，探测机构的挡片与下盖螺纹连接并固定。
[0021] 在上述技术方案中，探测机构的上端通过垫板和连接螺栓固定设置在上盖的通孔 中，且连接螺栓向下延伸与下盖连接，W使探测机构、上盖和下盖成为一个整体。
[0022] 在上述技术方案中，探测机构和上盖、上盖和下盖、探头机构和下盖的连接处设置 密封圈，选用耐热密封材料进行制备的密封圈。
[0023] 利用上述装置检测小孔等离子电特性的方法，按照下述步骤进行：
[0024] 步骤1，电信号检测装置通过第二连接导线与变阻器相连；第一连接导线的一端 与变阻器相连，另一端与工件相连；变阻器与放大电路相连，放大电路与数据采集卡相连， 数据采集卡与计算机相连，变阻器两端的电压经放大电路后经数据采集卡进入计算机；电 信号检测装置置于工件表面，将激光源对准电信号检测装置中探测机构的通孔和激光作用 口，W使激光束能够穿过通过和激光作用口到达工件表面，电信号检测装置的耐热绝缘层 的下表面与工件的焊缝上表面的高度在2mmW内；
[00巧]步骤2,打开激光源进行激光焊接，同时利用进气嘴、连接管道、出气嘴和气体流出 口输入惰性保护气体，利用进水嘴和出水嘴进行水冷；
[0026] 步骤3,数据采集卡将模拟电压信号转换为数字电信号，数字电信号经数据采集线 进入计算机并显示并存储。
[0027] 在上述技术方案中，由于电信号检测装置可W全部包围着等离子体，所W采集到 的电信