專利名稱：焊縫檢查的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及如權利要求1前序所述的、對在對焊過程中通過激光束深層焊方式實現(xiàn)的焊接頭進行焊縫檢查的方法和裝置。
經(jīng)過專用切割和焊接的板件(所謂的“特制坯件”)尤其是正在被逐漸廣泛地應用到汽車領域。因此，一方面的目標是節(jié)約管材，另一方面的目標是可以簡化工藝設計和工藝流程。這樣的“特制坯件”是在對焊中通過激光焊制成的。因而，兩個互補切割的板件的邊緣被對接起來，用夾具固定住它們并使其經(jīng)過一個裝備有激光器的焊接工位。尤其是，為此采用了大功率激光器，可以利用這樣的激光器進行深層焊。
除了造成金屬熔化外，大功率激光器還造成金屬汽化并形成了等離子。在熔融區(qū)上方和熔融區(qū)內(nèi)的等離子的汽壓在熔池中沖開了一個深窄的毛細孔。然而，在熔池(所謂的“焊池”)上方形成的等離子云或等離子焰可能變得太熱、太密，這可能造成激光束被屏蔽住并且中斷了焊接過程。因此，一般供應工作氣體(主要是氦氣或氬氣)來冷卻等離子并因而減小其密度。在激光束深層焊過程中，液態(tài)金屬連續(xù)飛入毛細孔中，而這些金屬液在其它情況下又可能爆炸性地被噴出。大多數(shù)噴射金屬或飛濺金屬是在焊接平面內(nèi)飛行的，所述焊接平面通過焊縫和激光束被拉緊。
深層焊工藝的穩(wěn)定性和進而焊縫質(zhì)量取決于許多參數(shù)如焊接速度、激光器性能、工件材質(zhì)且尤其是邊緣表面和邊緣走向。對于可重復的一致焊接結(jié)果來說，氣體動態(tài)狀況即工作氣體供應方式、焊接煙氣的排除和激光發(fā)射管通風情況是很重要的。所有這些參數(shù)在焊接過程中處于復雜且不穩(wěn)定的平衡中。
因偶然改變參數(shù)而導致的平衡位置錯誤可能導致暫時中斷深層焊過程并可能造成無規(guī)律地從焊池中噴射出熔融物。在噴濺材料量小的情況下，局部缺少的金屬又被液態(tài)焊池取代了。但如果大量噴出金屬，則沒有出現(xiàn)愈合口，并且在焊縫上產(chǎn)生了滴狀材料堆積。材料堆積可能遍及長為0．5毫米-5毫米的焊縫的整個范圍并具有1毫米的高度。由于噴濺并堆積的材料不再飛濺回焊接毛細孔中，所以在這樣的滴狀材料堆積前，在焊縫中出現(xiàn)了弧坑、焊溝或氣隙。這樣的焊接缺陷一般出現(xiàn)在用大功率激光器進行焊接的過程中，并且根據(jù)ISO13919-1所定的激光束焊接頭焊縫質(zhì)量技術要求，這一般是不能允許的。
因此，已經(jīng)知道了各種可以檢查焊縫質(zhì)量的方法。尤其是讓本領域技術人員知道了在激光束深層對接焊中進行焊縫檢查的方法，例如專利………(Soudronic)所述的那樣。該文獻所公開的方法涉及借助光學系統(tǒng)來探測焊縫截面形狀。接著，計算機可以分析板件焊接頭的焊縫截面形狀是否符合質(zhì)量要求。在該方法中，進行共約15毫米的焊接截面形狀測量。
另一種已知的焊縫檢查方法如由US4，827，099所公開的方法監(jiān)測焊接過程并涉及探測由等離子云發(fā)射出的紫外光和由灼熱的焊接噴嘴發(fā)出的IR射線。在該方法中，通過比較所測光譜值與所存儲的標準值來探測焊接缺陷。這樣的焊接過程監(jiān)測方法延長了費事的標準值設置時間并需要復雜的探測結(jié)構(gòu)。不幸的是，總是出現(xiàn)誤報，因為在該方法中，只考慮了復雜焊接過程的兩個測量值。
本發(fā)明的任務是提供一種在激光束深層對焊過程中檢查焊縫的方法和裝置，它們沒有已知方法和裝置的缺點并且尤其是能夠簡單并可靠地檢查焊縫。
尤其是可以提供這樣的方法和裝置，即利用該方法和裝置能夠簡單地探測到焊接缺陷且尤其是弧坑、焊溝、氣隙和／或材料沿焊縫堆積并因而可以檢查是否符合ISO13919-1所述的技術要求。
根據(jù)本發(fā)明，利用如權利要求1所述的焊縫檢查方法具有權利要求5所述特征的裝置而完成了上述任務。尤其是，為了在一個在對焊過程中通過激光束深層焊進行的板件焊接頭中測知所述焊接缺陷而設置了這樣的裝置，即利用該裝置沿焊縫連續(xù)掃描焊縫高度。因此，不僅可以測知弧坑、焊溝和氣隙，而且可以測知上述的在焊縫上的材料堆積。
由于焊縫焊接缺陷在用大功率激光器進行的深層焊中總是伴隨著后續(xù)的滴狀材料堆積，而這產(chǎn)生了遍及整個焊縫范圍的顯著的焊縫增高區(qū)，所以在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施例中，只探測焊縫增高區(qū)。
顯然，所掃描出的高度值被送往一個顯示器和／或計算機。尤其是，計算機可以將所掃描的值與ISO13919-1的各質(zhì)量等級進行比較，計算機顯示出準確的焊接缺陷和／或存儲所測數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的特點還在于以下這個最簡單的測量原理，即它允許簡單的裝置結(jié)構(gòu)并且形成了一個可靠、不復雜且低成本的檢查焊縫及測知焊接缺陷的方法。
這個簡單的測量方法允許使用各種沿焊縫連續(xù)掃描焊縫高度的裝置。顯然，所有技術人員已知的測距裝置都是可以使用的。可利用其連續(xù)掃描焊縫的光學測距儀可以被視為適當?shù)难b置。
在本發(fā)明方法的另一個實施例中，設置了一個可機械偏轉(zhuǎn)的探針，其偏轉(zhuǎn)例如可以借助壓電晶體被轉(zhuǎn)換成電信號。
作為沿焊縫掃描焊縫高度的裝置，可以采用測距用的常見裝置。
以下，借助附圖并結(jié)合一個實施例來詳細描述本發(fā)明。其中

圖1是完美焊縫的示意圖；圖2是深層焊過程的示意圖；圖3是形成弧坑的焊縫的示意圖；圖4是形成氣隙的焊縫的示意圖；圖5是本發(fā)明裝置的一個優(yōu)選實施例的示意圖。
圖1示意地示出了在對焊過程中通過激光束深層焊方式實現(xiàn)的兩塊厚度不同板件12、12的焊接頭的焊縫11。焊縫寬度14、垂直于焊縫的垂直截面形狀15和沿焊縫的上表面結(jié)構(gòu)16由焊接參數(shù)決定，例如由激光器性能、工件材質(zhì)且尤其是邊緣上表面、邊緣走向和邊緣準備情況以及板邊厚度和焊接速度。因此，例如焊縫寬度14可以在0．3毫米-1．3毫米之間變化。在符合標準的板件焊接頭中，焊縫11通常具有鱗片狀表面結(jié)構(gòu)16，其焊縫高度沿數(shù)百毫米范圍內(nèi)的焊縫的變化值，如等于0．02毫米。
在此所用的術語“板件”是指金屬的且最好是由鋼制成的平面件，如大小、厚度、表面積隨意的金屬帶、金屬片或金屬板。在此所述的板件焊接頭是指通過焊接形成的板邊緣之間的連接，其中板邊緣可以具有不同厚度并且不一定要來源于兩個分開的板件，而是可以屬于一塊如預先被滾圓的整體板件。在這里，用術語“對焊”來表示平齊地對準并固定住板邊緣的板件狀態(tài)。術語“焊縫高度”包括焊縫凹道以及焊縫增高區(qū)。
圖2示意地示出了在焊接地點的情況。另外，大功率激光束21撞擊要焊接的(未示出)板件22、23。激光束21的沖擊能量造成板件22、23熔化并形成了焊池27。另外，由激光束21引起的熱量產(chǎn)生了等離子24，所述等離子在焊池27中形成了一個深窄的毛細孔25。通過板件22、23與激光束21的相對運動R，在焊池27后出現(xiàn)了一個焊料固化的區(qū)域26，它構(gòu)成了焊縫。如圖2所示，在激光束21前面的液化金屬28因焊接過程中的相對運動R而另外選擇了激光束21的背面29并優(yōu)選地覆蓋在區(qū)域26的上側(cè)。另外，形成了鱗片狀的表面結(jié)構(gòu)。還可以借助該圖了解到以下內(nèi)容，即在等離子24平衡出現(xiàn)干擾時，液態(tài)焊料充入毛細孔25中，因而沒有或只形成了少量焊接頭。如果激光束21沖擊已存在的焊池27，則可以爆炸性地大量噴濺出液態(tài)焊料。這種噴濺一般在焊接能束后面位于焊縫上并且可以明顯地看到它們成滴狀。
圖3所示的兩塊等厚板件32、33的焊接頭的焊縫31具有成弧坑形狀的焊接缺陷34，其后緊跟著滴狀材料堆積35。這樣的弧坑(也被稱為直徑至少為0．1毫米的氣孔)可以具有不同的深度，它們一般不超過整個焊縫寬度并優(yōu)選地位于焊縫中央。滴狀材料堆積35導致了焊縫增高區(qū)，它可能分布在整個焊縫范圍內(nèi)并且具有0．5毫米-5毫米的長度和高達數(shù)十毫米的高度。
圖4所示的兩塊等厚板件42、43之間焊縫41的示意圖具有成焊縫氣隙形式的焊接缺陷44，其中隨后緊跟著滴狀材料堆積45。這樣的焊縫氣隙一般長0．05毫米-0．2毫米并且一般不是分布在整個焊縫范圍內(nèi)，而是具有0．2毫米的寬度。焊縫氣隙44通常成直徑約為0．2毫米的氣孔狀。滴狀材料堆積45導致了焊縫增高區(qū)，它具有數(shù)十毫米的高度。
圖5示意地畫出了執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置。為了沿兩塊厚度不同的板件52、53的焊接頭的焊縫51掃描焊縫高度，最好采用光學器件54。在該實施例中，光學器件54包括三個配備有半導體激光器的光學測距儀，它最好相對表面法線成30度的斜角。
在另一個實施例中，代替光學探測器件采用了探針，使所述探針沿焊縫51移動。探針偏轉(zhuǎn)可以借助壓電晶體被轉(zhuǎn)換成電信號，再用適當?shù)拈撝涤嬎憔€路處理所述電信號。技術人員顯然可以想到采用其它看起來適用于他的測距儀如超聲波探測器。探測器的結(jié)構(gòu)不是本發(fā)明的內(nèi)容，因此在這里沒有進行詳細描述。對選擇適當探測器來說，探測器能夠可靠簡單地測定數(shù)十毫米數(shù)量級的厚度差的能力是重要的。因此，尤其是探測器應該可以在這個數(shù)量級內(nèi)探測到焊縫增高區(qū)。
本發(fā)明方法和本發(fā)明裝置的優(yōu)點是，在用大功率激光器進行深層焊時，尤其是通過單獨探測焊縫增高區(qū)而獲得了焊接缺陷探測的簡單性。另外，連續(xù)掃描焊縫能可靠探測焊接缺陷。
權利要求
1．一種對在對焊過程中通過激光器深層焊方式實現(xiàn)的焊接頭進行焊縫檢查的方法，其特征在于，為測知焊接缺陷，沿焊縫連續(xù)地掃描焊縫高度。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)焊縫增高區(qū)來探測焊接缺陷。
3．如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一個機械探針來掃描焊縫高度。
4．如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一個光學測距儀來掃描焊縫高度。
5．如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，用一個聲學測距儀來掃描焊縫高度。
6．一種實施權利要求1所述方法的裝置，其特征在于，它為了測知焊接缺陷而具有一個沿焊縫連續(xù)掃描焊縫高度的掃描裝置。
7．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有探測焊縫增高區(qū)的器件。
8．如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有至少一個機械探針。
9．如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有至少一個光學測距儀。
10．如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述掃描裝置具有至少一個聲學測距儀。
全文摘要
當在對焊中檢查激光焊接焊縫時,出現(xiàn)了很大難度。根據(jù)本發(fā)明,為了測知焊接缺陷,沿焊縫連續(xù)地掃描焊縫高度。根據(jù)焊縫增高區(qū)來探測焊接缺陷。
文檔編號B23K26/03GK1291928SQ99803519
公開日2001年4月18日 申請日期1999年2月26日 優(yōu)先權日1998年3月2日
發(fā)明者D·維爾德曼 申請人:埃爾帕特朗尼股份公司