專利名稱：一種激光焊接溫度場的實時測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光焊接過程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對激光焊接過程中加工區(qū)溫度場實時測量的方法。
背景技術(shù)：
激光焊接過程中加工區(qū)溫度場的動態(tài)分布直接影響接頭的形態(tài)、金相組織、力學性能及應(yīng)力變形等，最終影響到接頭質(zhì)量水平。因此焊接加工區(qū)溫度場的實時測量對實現(xiàn)焊接質(zhì)量的控制具有重要意義。然而在激光焊接過程中不僅焊接熱循環(huán)速度快，而且熔池溫度高，這給焊接溫度場的實時準確測量帶來了困難。傳統(tǒng)的熱電偶測溫方法具有精度高的特點，但響應(yīng)速度較慢、在測量過程中需要與母材接觸，并且是點測量，難以滿足焊接實時溫度場測量的要求。熱輻射測溫法具有非接觸、響應(yīng)速度快的特點，然而物體的輻射發(fā)射率會隨其材料、溫度、輻射波長變化，從而對熱輻射測溫結(jié)果產(chǎn)生影響，并且環(huán)境因素也會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。本發(fā)明提出一種將熱電偶測溫和熱輻射測溫優(yōu)勢相結(jié)合的方法，用以對焊接溫度場進行實時測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實時、準確測量激光焊接過程加工區(qū)溫度場的方法。一種激光焊接溫度場的實時測量方法，包括以下步驟測量準備步驟將與待焊實件相同材料的樣件置于待焊實件前端，樣件的焊縫與實件的焊縫在同一軌跡上，樣件背面焊縫處埋有雙絲熱電偶，焊機上設(shè)有熱輻射圖像采集裝置；樣件標定步驟對樣件進行焊接，利用雙絲熱電偶獲取溫度數(shù)據(jù)，利用熱輻射圖像采集裝置采集樣件加工區(qū)的圖像信息，建立溫度數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)信息的對應(yīng)關(guān)系；實件測量步驟對實件進行焊接，利用熱輻射圖像采集裝置采集實件焊接加工區(qū)的圖像信息，通過查詢在樣件標定步驟建立的對應(yīng)關(guān)系，獲取實件焊接加工區(qū)的溫度場數(shù)據(jù)。所述樣件標定步驟中的溫度數(shù)據(jù)的具體實現(xiàn)方式為令熱電偶A的標稱最高工作溫度為TA，時間常數(shù)為τ Α ；熱電偶B的標稱最高工作溫度為ΤΒ，時間常數(shù)為τΒ，ΤΒ > Ta ；樣件焊接過程中，記熱電偶A的電勢第一次達到極大值的時刻為tAm，并記兩個熱電偶到達最高工作溫度TA、Tb對應(yīng)的時刻分別為、、t2。依據(jù)熱電偶分度表分別把、時刻前的熱電偶A的電勢Ua (t)及t2時刻前熱電偶B 的電勢υΒα)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù) A(t)、 B(t)；
toon] 當采樣時刻t彡ti，依據(jù)公式θ⑴= A(t)+k、 A ‘ (t)和 α) = B(t)+kxB B‘ (t)計算出t時刻的溫度 ⑴和比值k; 當采樣時刻ti<t<t2，依據(jù)公式 (t) = B(t)+kTB@B‘ (t)計算出t時刻的溫度θ (t)；
當采樣時刻t > t2，依據(jù)公式θ (t) = θ (t2)kB(t)計算出t時刻的溫度θ (t)， 其中，
權(quán)利要求
1.一種激光焊接溫度場的實時測量方法，包括以下步驟測量準備步驟將與待焊實件相同材料的樣件置于待焊實件前端，樣件的焊縫與實件的焊縫在同一軌跡上，樣件背面焊縫處埋有雙絲熱電偶，焊機上設(shè)有熱輻射圖像采集裝置；樣件標定步驟對樣件進行焊接，利用雙絲熱電偶獲取溫度數(shù)據(jù)，利用熱輻射圖像采集裝置采集樣件加工區(qū)的圖像信息，建立溫度數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)信息的對應(yīng)關(guān)系；實件測量步驟對實件進行焊接，利用熱輻射圖像采集裝置采集實件焊接加工區(qū)的圖像信息，通過查詢在樣件標定步驟建立的對應(yīng)關(guān)系，獲取實件焊接加工區(qū)的溫度場數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光焊接溫度場的實時測量方法，其特征在于，所述樣件標定步驟中的溫度數(shù)據(jù)的具體實現(xiàn)方式為令熱電偶A的標稱最高工作溫度為TA，時間常數(shù)為τ Α ；熱電偶B的標稱最高工作溫度為ΤΒ，時間常數(shù)為τΒ，ΤΒ > Ta ；樣件焊接過程中，記熱電偶A的電勢第一次達到極大值的時亥IJ為tAm，并記兩個熱電偶到達最高工作溫度TA、Tb對應(yīng)的時刻分別為、、t2。依據(jù)熱電偶分度表分別把、時刻前的熱電偶A的電勢Ua (t)及t2時刻前熱電偶B的電勢UB(t)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù) A(t)、 B(t)；當采樣時刻t彡、，依據(jù)公式θ (t) = A(t)+kxA A ‘ (t)和θ (t)= B(t)+kxB B‘ (t)計算出t時刻的溫度 ⑴和比值k;當采樣時刻、< <、，依據(jù)公式 ⑴= B(t)+kTB@B‘⑴計算出t時刻的溫度θ⑴；當采樣時刻t>t2，依據(jù)公式 a) = a2)kB(t)計算出t時刻的溫度 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)，系數(shù)Ctl，C1, C2, C3是利用采樣時刻、到、間的實際溫度 ⑴及電動勢隊⑴對方程 kACt) = C0 + C1AUaiOO + C2AUl1Ct) + C3AUl1(I)進行擬合確定，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
本發(fā)明提供一種激光焊接溫度場的實時測量方法，具體為測量準備步驟將與待焊實件相同材料的樣件置于實件前端，樣件的焊縫與實件的焊縫在同一軌跡上，樣件背面焊縫處埋有雙絲熱電偶，焊機上設(shè)有熱輻射圖像采集裝置；樣件標定步驟對樣件焊接，利用雙絲熱電偶獲取溫度數(shù)據(jù)，利用熱輻射圖像采集裝置采集圖像信息，建立兩者的對應(yīng)關(guān)系；實件測量步驟對實件焊接，利用熱輻射圖像采集裝置采集圖像數(shù)據(jù)信息，查詢建立的對應(yīng)關(guān)系，獲取實件焊接加工區(qū)的溫度場數(shù)據(jù)。本發(fā)明樣件焊接中采用熱電偶進行溫度測量，保證溫度場圖像數(shù)據(jù)標定的準確度；在實件焊接時僅采用熱輻射圖像測溫裝置，克服了熱電偶響應(yīng)速度慢的缺點，滿足焊接加工實時測溫的要求。
文檔編號G01J5/00GK102538998SQ20121000756
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉文中, 周凱波, 孔力, 張樸, 李軍, 程晶晶 申請人:華中科技大學