模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的裝置及方法與流程

本發(fā)明涉及一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的裝置及方法，屬于激光加工、焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

激光自熔焊接技術(shù)是一種先進(jìn)的高能束焊接方法，具有焊接熱輸入小、焊接速度快、焊縫變形小等突出優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、能源、軌道交通等制造行業(yè)。但是針對一些特種裝備，如國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃ITER的巨型真空室大厚板結(jié)構(gòu)(板厚為60mm的不銹鋼)、軍用相控陣?yán)走_(dá)基板(厚度大于70mm的鋁合金)等，常規(guī)的激光自熔焊很難完成相關(guān)焊接工作。原因在于激光自熔焊存在的主要問題是焊接氣孔，并且隨著板厚的增加氣孔的傾向越大，其氣孔傾向甚至大于電弧焊和電子束焊。

窄間隙激光填絲焊作為激光焊的一種方法，保留了激光焊能量高度集中、接頭熱影響區(qū)窄等特點(diǎn)，同時(shí)可通過填充焊絲對焊縫冶金成分進(jìn)行調(diào)整，特別適用于異種材料、高合金鋼、高強(qiáng)鋁合金材料以及高脆性和難焊金屬材料的焊接。相比激光自熔焊，窄間隙激光填絲焊可利用安全成熟的萬瓦級、千瓦級功率的激光器來實(shí)現(xiàn)大厚板的焊接。然而激光填絲焊中焊絲的引入，比激光自熔焊增加了熔滴過渡的過程，故其焊接過程機(jī)理更加復(fù)雜。因此需要對窄間隙激光填絲焊接過程特征進(jìn)行研究并通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化激光填絲焊參數(shù)。

而且，已有的厚板的窄間隙激光填絲焊接技術(shù)，由于激光光束發(fā)散角的存在，易出現(xiàn)底部未熔合的缺陷。為了避免底部未熔合缺陷，間隙寬度須足夠大保證光束不被坡口上端表面或側(cè)壁阻擋而作用于坡口底部，但當(dāng)間隙較大時(shí)，由于激光能量高度集中，激光焊的熔寬有限，又常出現(xiàn)側(cè)壁未熔合缺陷。這種光的可達(dá)性和側(cè)壁未熔合問題的矛盾限制了窄間隙激光焊可焊板厚的范圍。在已有的窄間隙激光填絲焊接研究中，多采用聚焦光斑并配合多光斑組合或光束在間隙中擺動的方式完成焊接，通過多光斑組合及光束的擺動增加熔寬來解決側(cè)壁未熔合缺陷。由于采用聚焦光斑在間隙中的適應(yīng)性較差，導(dǎo)致焊接間隙較寬，雖然可通過以上方式解決，但該方法操作難度較大，對于不同的材料和厚度，需要通過大量試驗(yàn)優(yōu)化焊接參數(shù)，這就需要深入了解窄間隙激光填絲焊接過程特征，并通過試驗(yàn)調(diào)整焊接參數(shù)提高焊接質(zhì)量。

目前，常用的焊接過程監(jiān)測手段包括高速攝像機(jī)(采集實(shí)時(shí)動態(tài)圖像)和光譜儀(采集實(shí)時(shí)光譜信息)。但是由于窄間隙激光填絲焊的接頭板厚較大、間隙較窄，常規(guī)的高速攝像等手段會受到窄間隙試板的阻擋，因此要觀察其焊接過程，一般采用以下幾種方法：

①通過坡口觀察激光填絲焊在焊接行走方向上的焊接情況。但是這種情況下激光會遮擋住熔滴，無法準(zhǔn)確看到熔滴過渡和熔池流動的情況。另外，該方法也不適用于焊接過程的光譜分析。

②用平板堆焊的方法觀察激光填絲焊的側(cè)壁焊接情況。該方法雖可以觀察到激光填絲焊側(cè)壁的熔滴過渡，也適用于焊接過程的光譜分析，但是該方法未考慮坡口反射激光對熔滴過渡的影響，并不能反映窄間隙激光填絲焊的“原位”焊接情況。

上述不足阻礙了人們深入了解窄間隙激光填絲焊接過程特征及穩(wěn)定性，也影響了工程中對激光填絲焊參數(shù)的優(yōu)化。因此，亟需一種可模擬窄間隙激光填絲焊的焊接過程并進(jìn)行實(shí)時(shí)焊縫側(cè)壁“準(zhǔn)原位”監(jiān)測的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一發(fā)明目的是提供一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接過程及實(shí)時(shí)監(jiān)測的裝置。該裝置可以模擬窄間隙激光填絲焊接過程，并對該過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合于在實(shí)驗(yàn)室、工程實(shí)際中大量應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的裝置，包括焊接模擬部、實(shí)時(shí)監(jiān)測部和數(shù)據(jù)處理部，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

所述焊接模擬部包括裝配夾緊的金屬試板和GG17玻璃試板；用于進(jìn)行激光填絲焊的激光束；用于輸送焊接保護(hù)氣的窄間隙送氣管；用于輸送焊絲的窄間隙專用送絲槍和焊絲；所述金屬試板和GG17玻璃試板接觸處開設(shè)有模擬實(shí)際焊接接頭的窄間隙坡口；

所述實(shí)時(shí)監(jiān)測部包括布置在GG17玻璃試板一側(cè)正對焊接區(qū)域的高速攝像機(jī)、光纖探頭和激光輔助光源，所述光纖探頭與光譜儀連接；

所述光譜儀和高速攝像機(jī)的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部的輸入端口連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置的有益效果是：

一、通過GG17玻璃模擬窄間隙激光填絲焊試板，能夠模擬實(shí)時(shí)焊接過程，避免了常規(guī)金屬試板對窄間隙內(nèi)部焊接過程的阻擋，從而可以使用光纖探頭、光譜儀和高速攝像機(jī)直接觀察到窄間隙激光填絲焊的“原位”實(shí)時(shí)情況，達(dá)到實(shí)時(shí)、原位觀察的效果，利于發(fā)現(xiàn)焊接過程中的異常情況，特別適合深入了解窄間隙激光填絲焊接過程(熔滴過渡、熔池流動，等離子體變化等)及進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

二、激光輔助光源可以為高速攝像獲取清晰的焊接過程影像提供光源，高速攝像機(jī)可采集實(shí)時(shí)的熔池流動和熔滴過渡動態(tài)圖像，光纖探頭可采集實(shí)時(shí)等離子體新信號等光譜信息，光譜儀和高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)將采集到的光譜信息和圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理部，從而分析焊接和焊縫質(zhì)量，實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

三、該裝置可在大量焊接前進(jìn)行試驗(yàn)，了解窄間隙激光填絲焊接過程特征及穩(wěn)定性，優(yōu)化焊接工藝，節(jié)約了焊接成本，保證了焊接質(zhì)量；而且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，有利于在實(shí)驗(yàn)室、工程實(shí)際中的大量應(yīng)用。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述實(shí)時(shí)監(jiān)測部還包括監(jiān)測焊接熱的測溫單元，所述測溫單元包括布置在金屬試板表面，靠近窄間隙坡口間隔排列的若干個(gè)溫度傳感器，所述溫度傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部的輸入端口連接。

溫度傳感器可對焊接過程中靠近窄間隙坡口不同位置處的溫度進(jìn)行監(jiān)測，不同位置處的溫度能夠反映激光填絲焊對焊接金屬試板的焊接熱循環(huán)，可以與后期的組織性能測試結(jié)合分析激光熱源對金屬試板的熱作用情況，進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

更進(jìn)一步，本發(fā)明所述測溫單元的溫度傳感器包括在金屬試板下表面，靠近窄間隙坡口鈍邊且距窄間隙坡口鈍邊呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口鈍邊的垂直距離相差3-7mm。

這樣，可以監(jiān)測底部焊接熱傳導(dǎo)情況，分析激光熱源對金屬試板底部的熱作用情況，進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)；經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，距坡口鈍邊每3-7mm的距離布置一個(gè)溫度傳感器差距可保證對熱傳導(dǎo)情況的側(cè)壁實(shí)時(shí)監(jiān)測。

再進(jìn)一步，本發(fā)明所述測溫單元的溫度傳感器包括在金屬試板前表面、后表面和上表面，靠近窄間隙坡口且距窄間隙坡口呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口側(cè)壁或鈍邊的垂直距離相差3-7mm。

這樣，可以監(jiān)測側(cè)壁焊接熱傳導(dǎo)情況，分析激光熱源對金屬試板側(cè)壁的熱作用情況，進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)；經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，距坡口鈍邊或側(cè)壁每3-7mm的距離布置一個(gè)溫度傳感器差距可保證對熱傳導(dǎo)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

進(jìn)一步，所述產(chǎn)生激光束的激光器的控制端、窄間隙送氣管的控制端、窄間隙專用送絲槍的控制端、高速攝像機(jī)的控制端、光譜儀的控制端、激光輔助光源的控制端、數(shù)據(jù)處理部均與控制中心連接。

這樣，激光束、窄間隙送氣管和窄間隙專用送絲槍的移動和作業(yè)均通過控制中心控制，而且控制中心還可同時(shí)控制高速攝像機(jī)、光譜儀和激光輔助光源始終對準(zhǔn)焊接區(qū)域，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理部采集的數(shù)據(jù)信息調(diào)整激光器所發(fā)出的激光束的強(qiáng)度和角度、窄間隙送氣管的送氣速度和窄間隙專用送絲槍的送絲速度。大大提高了模擬焊接過程、監(jiān)測并優(yōu)化焊接工藝參數(shù)的效率。

本發(fā)明的第二發(fā)明目的是一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法。該方法可以模擬窄間隙激光填絲焊接過程，并對該過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。且該方法操作方便，適合于在實(shí)驗(yàn)室、工程實(shí)際中大量應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，其步驟如下：

S1、準(zhǔn)備焊接模擬件，包括金屬試板和GG17玻璃試板，并在金屬試板和GG17玻璃試板上開設(shè)模擬實(shí)際焊接接頭的窄間隙坡口，然后將金屬試板和GG17玻璃試板裝配夾緊；

S2、在GG17玻璃試板一側(cè)布置光譜儀的光纖探頭、高速攝像機(jī)和激光輔助光源，并使光纖探頭、高速攝像機(jī)、激光輔助光源同時(shí)對準(zhǔn)焊接區(qū)域；所述光譜儀和高速攝像機(jī)的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部的輸入端口連接；

S3、在窄間隙坡口內(nèi)部布置用于輸送焊絲的窄間隙專用送絲槍和用于輸送焊接保護(hù)氣的窄間隙送氣管，然后開啟激光器引入激光束后可模擬窄間隙內(nèi)部的激光填絲焊接過程；

S4、在焊接過程中，用激光輔助光源為焊接區(qū)域提供激光照明，光纖探頭和高速攝像機(jī)對準(zhǔn)焊接區(qū)域進(jìn)行焊接區(qū)域監(jiān)測，采集窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接區(qū)域?qū)崟r(shí)圖像及相關(guān)光譜信息，具體采集方式是：光纖探頭采集焊接區(qū)域的光譜信息并輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部；高速攝像機(jī)采集焊接區(qū)域的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部；通過數(shù)據(jù)處理部的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接區(qū)域?qū)崟r(shí)圖像及相關(guān)光譜信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的有益效果是：

一、通過GG17玻璃模擬窄間隙激光填絲焊試板，能夠模擬實(shí)時(shí)焊接過程，避免了常規(guī)金屬試板對窄間隙內(nèi)部焊接過程的阻擋，從而可以使用光纖探頭、光譜儀和高速攝像機(jī)直接觀察到窄間隙激光填絲焊的“原位”實(shí)時(shí)情況，達(dá)到實(shí)時(shí)、原位觀察的效果，利于發(fā)現(xiàn)焊接過程中的異常情況，特別適合深入了解窄間隙激光填絲焊接過程(熔滴過渡、熔池流動，等離子體變化等)及進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

二、激光輔助光源可以為高速攝像獲取清晰的焊接過程影像提供光源，高速攝像機(jī)可采集實(shí)時(shí)的熔池流動和熔滴過渡動態(tài)圖像，光纖探頭可采集實(shí)時(shí)等離子體新信號等光譜信息，光譜儀和高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)將采集到的光譜信息和圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理部，從而分析焊接和焊縫質(zhì)量，實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

三、該方法可在大量焊接前進(jìn)行試驗(yàn)，了解窄間隙激光填絲焊接過程特征及穩(wěn)定性，優(yōu)化焊接工藝，節(jié)約了焊接成本，保證了焊接質(zhì)量；而且該方法操作簡單，成本低，有利于在實(shí)驗(yàn)室、工程實(shí)際中的大量應(yīng)用。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟S4中的焊接區(qū)域監(jiān)測包括熔池流動監(jiān)測、等離子體監(jiān)測和熔滴過渡監(jiān)測；

所述熔池流動監(jiān)測的具體做法是：用激光輔助光源為焊接熔池提供激光照明；光纖探頭和高速攝像機(jī)對準(zhǔn)焊接熔池；光纖探頭采集焊接熔池的光譜信息并輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部；高速攝像機(jī)采集焊接熔池的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部；通過數(shù)據(jù)處理部的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接熔池流動實(shí)時(shí)圖像及光譜信息。通過監(jiān)測熔池流動，可以明確激光填絲焊中熔池中的液態(tài)金屬在焊接過程中的流動行為，同時(shí)也可以用于觀察熔滴進(jìn)入熔池后對熔池流動的影響。

所述等離子體監(jiān)測的具體做法是：用激光輔助光源為焊接熔池上方區(qū)域提供激光照明；光纖探頭和高速攝像機(jī)對準(zhǔn)焊接熔池上方區(qū)域；光纖探頭采集焊接熔池上方等離子體的光譜信息并傳輸?shù)焦庾V儀進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部，通過數(shù)據(jù)處理部的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的等離子體光譜信息。金屬在激光的作用下將發(fā)生蒸發(fā)、電離形成等離子體。等離子體會對激光產(chǎn)生反射、散射、吸收和負(fù)透鏡效益，在不同程度上影響到焊縫的質(zhì)量，通過觀測等離子體信號可間接分析焊縫質(zhì)量。

所述熔滴過渡監(jiān)測的具體做法是：用激光輔助光源為焊接熔池上方區(qū)域提供激光照明；高速攝像機(jī)采集焊接熔池上方熔滴過渡的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部，通過數(shù)據(jù)處理部的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的熔滴過渡圖像。熔滴過渡是激光填絲焊區(qū)別于激光自熔焊的重要特征。通過監(jiān)測熔滴過渡，一方面可以了解焊絲熔化進(jìn)入熔池的方式及其穩(wěn)定性，另一方面也可以觀察到激光與焊絲、熔滴之間的相互作用。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述步驟S2中，在金屬試板表面，靠近窄間隙坡口布置若干個(gè)間隔排列的溫度傳感器，每個(gè)溫度傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部的輸入端口連接。

溫度傳感器可對焊接過程中靠近窄間隙坡口不同位置處的溫度進(jìn)行監(jiān)測，不同位置處的溫度能夠反映激光填絲焊對焊接金屬試板的焊接熱循環(huán)，可以與后期的組織性能測試結(jié)合分析激光熱源對金屬試板的熱作用情況，進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)。

更進(jìn)一步，本發(fā)明所述在金屬試板表面布置的溫度傳感器包括在金屬試板上表面、下表面、前表面和后表面，靠近窄間隙坡口且距窄間隙坡口呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口鈍邊或側(cè)壁的垂直距離相差3-7mm。

這樣，可以監(jiān)測底部和側(cè)壁焊接熱傳導(dǎo)及熱循環(huán)的情況，分析激光熱源對金屬試板底部和側(cè)壁的熱作用情況，進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝參數(shù)；經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，距坡口鈍邊或側(cè)壁每3-7mm的距離布置一個(gè)溫度傳感器差距可保證對熱傳導(dǎo)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述產(chǎn)生激光束的激光器的控制端、窄間隙送氣管的控制端、窄間隙專用送絲槍的控制端、高速攝像機(jī)的控制端、光譜儀的控制端、激光輔助光源的控制端、數(shù)據(jù)處理部均與控制中心連接，在所述步驟S4中，激光束、窄間隙送氣管和窄間隙專用送絲槍的移動和作業(yè)均通過控制中心控制，而且控制中心還同時(shí)控制高速攝像機(jī)、光譜儀和激光輔助光源始終對準(zhǔn)焊接區(qū)域，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理部采集的數(shù)據(jù)信息調(diào)整激光器所發(fā)出的激光束的強(qiáng)度和角度、窄間隙送氣管的送氣速度和窄間隙專用送絲槍的送絲速度。

這樣實(shí)現(xiàn)了模擬焊接過程并實(shí)時(shí)監(jiān)測的自動化，大大提高了模擬焊接過程、監(jiān)測并優(yōu)化焊接工藝參數(shù)的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一焊接模擬部的正視圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一焊接模擬部的右視圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一溫度傳感器在金屬試板底部的布置位置示意圖。

圖中，12為焊接熔池，13為焊縫，14為溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

圖1示出，一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的裝置，包括焊接模擬部、實(shí)時(shí)監(jiān)測部和數(shù)據(jù)處理部10，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

所述焊接模擬部包括裝配夾緊的金屬試板1和GG17玻璃試板2；用于進(jìn)行激光填絲焊的激光束3；用于輸送焊接保護(hù)氣的窄間隙送氣管4；用于輸送焊絲5的窄間隙專用送絲槍6和焊絲5；所述金屬試板1和GG17玻璃試板2接觸處開設(shè)有模擬實(shí)際焊接接頭的窄間隙坡口；圖2為本例焊接模擬部的正視圖，圖3為本發(fā)例焊接模擬部的右視圖。

所述實(shí)時(shí)監(jiān)測部包括布置在GG17玻璃試板2一側(cè)正對焊接區(qū)域的高速攝像機(jī)8、光纖探頭7和激光輔助光源9，所述光纖探頭7與光譜儀11連接；

所述光譜儀11和高速攝像機(jī)8的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部10的輸入端口連接。

本例中所述實(shí)時(shí)監(jiān)測部還包括監(jiān)測焊接熱的測溫單元，所述測溫單元包括布置在金屬試板1表面，靠近窄間隙坡口間隔排列的若干個(gè)溫度傳感器，所述溫度傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部10的輸入端口連接。所述測溫單元的溫度傳感器包括在金屬試板1下表面，靠近窄間隙坡口鈍邊且距窄間隙坡口鈍邊呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口鈍邊的垂直距離相差3-7mm。

圖4示出，溫度傳感器的一種排列方式。如果傳感器完全按照與焊縫垂直的方式排成一列，由于傳感器的尺寸，一些位置可能受到傳感器的遮擋無法布置更多傳感器，為了盡可能多地獲得距焊縫不同距離的點(diǎn)的溫度。本例中將溫度傳感器交錯排列成與焊縫呈一定角度的斜線。這樣，采集點(diǎn)的位置就可以不受傳感器尺寸的影響。

本例中，所述窄間隙送氣管與水平面呈78～82°；窄間隙專用送絲槍與水平面呈45°～70°，引入的激光束與垂直方向呈5°～10°。

實(shí)施例二

一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的裝置，包括焊接模擬部、實(shí)時(shí)監(jiān)測部和數(shù)據(jù)處理部10，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

所述焊接模擬部包括裝配夾緊的金屬試板1和GG17玻璃試板2；用于進(jìn)行激光填絲焊的激光束3；用于輸送焊接保護(hù)氣的窄間隙送氣管4；用于輸送焊絲5的窄間隙專用送絲槍6和焊絲5；所述金屬試板1和GG17玻璃試板2接觸處開設(shè)有模擬實(shí)際焊接接頭的窄間隙坡口；

所述實(shí)時(shí)監(jiān)測部包括布置在GG17玻璃試板2一側(cè)正對焊接區(qū)域的高速攝像機(jī)8、光纖探頭7和激光輔助光源9，所述光纖探頭7與光譜儀11連接；

所述光譜儀11和高速攝像機(jī)8的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部10的輸入端口連接。

本例中所述實(shí)時(shí)監(jiān)測部還包括監(jiān)測焊接熱的測溫單元，所述測溫單元包括布置在金屬試板1表面，靠近窄間隙坡口間隔排列的若干個(gè)溫度傳感器，所述溫度傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部10的輸入端口連接。

本例中所述測溫單元的溫度傳感器包括在金屬試板1下表面，靠近窄間隙坡口鈍邊且距窄間隙坡口鈍邊呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，還包括在金屬試板1前表面、后表面和上表面，靠近窄間隙坡口且距窄間隙坡口呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口側(cè)壁或鈍邊的垂直距離相差3-7mm。

本例中所述產(chǎn)生激光束3的激光器的控制端、窄間隙送氣管4的控制端、窄間隙專用送絲槍6的控制端、高速攝像機(jī)8的控制端、光譜儀11的控制端、激光輔助光源9的控制端、數(shù)據(jù)處理部10均與控制中心連接。

實(shí)施例三

一種模擬厚板窄間隙激光填絲焊接并實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，其步驟如下：

S1、準(zhǔn)備焊接模擬件，包括金屬試板1和GG17玻璃試板2，并在金屬試板1和GG17玻璃試板2上開設(shè)模擬實(shí)際焊接接頭的窄間隙坡口，然后將金屬試板1和GG17玻璃試板2裝配夾緊；

S2、在GG17玻璃試板2一側(cè)布置光譜儀11的光纖探頭7、高速攝像機(jī)8和激光輔助光源9，并使光纖探頭7、高速攝像機(jī)8、激光輔助光源9同時(shí)對準(zhǔn)焊接區(qū)域；所述光譜儀11和高速攝像機(jī)8的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部10的輸入端口連接；

S3、在窄間隙坡口內(nèi)部布置用于輸送焊絲的窄間隙專用送絲槍6和用于輸送焊接保護(hù)氣的窄間隙送氣管4，然后開啟激光器引入激光束3后可模擬窄間隙內(nèi)部的激光填絲焊接過程；本例中，所述窄間隙送氣管與水平面呈78～82°；窄間隙專用送絲槍與水平面呈45°～70°，引入的激光束與垂直方向呈5°～10°。

S4、在焊接過程中，用激光輔助光源9為焊接區(qū)域提供激光照明，光纖探頭7和高速攝像機(jī)8對準(zhǔn)焊接區(qū)域進(jìn)行焊接區(qū)域監(jiān)測，采集窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接區(qū)域?qū)崟r(shí)圖像及相關(guān)光譜信息，具體采集方式是：光纖探頭7采集焊接區(qū)域的光譜信息并輸?shù)焦庾V儀11進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀11將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部10；高速攝像機(jī)8采集焊接區(qū)域的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部10；通過數(shù)據(jù)處理部10的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接區(qū)域?qū)崟r(shí)圖像及相關(guān)光譜信息。

本例中所述步驟S4中的焊接區(qū)域監(jiān)測包括熔池流動監(jiān)測、等離子體監(jiān)測和熔滴過渡監(jiān)測；

所述熔池流動監(jiān)測的具體做法是：用激光輔助光源9為焊接熔池提供激光照明；光纖探頭7和高速攝像機(jī)8對準(zhǔn)焊接熔池；光纖探頭7采集焊接熔池的光譜信息并輸?shù)焦庾V儀11進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀11將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部10；高速攝像機(jī)8采集焊接熔池的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部10；通過數(shù)據(jù)處理部10的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的焊接熔池流動實(shí)時(shí)圖像及光譜信息；

所述等離子體監(jiān)測的具體做法是：用激光輔助光源9為焊接熔池上方區(qū)域提供激光照明；光纖探頭7和高速攝像機(jī)8對準(zhǔn)焊接熔池上方區(qū)域；光纖探頭7采集焊接熔池上方等離子體的光譜信息并傳輸?shù)焦庾V儀11進(jìn)行光譜信息分析；光譜儀11將相關(guān)光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部10，通過數(shù)據(jù)處理部10的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的等離子體光譜信息；

所述熔滴過渡監(jiān)測的具體做法是：用激光輔助光源9為焊接熔池上方區(qū)域提供激光照明；高速攝像機(jī)8采集焊接熔池上方熔滴過渡的圖片信息并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理部10，通過數(shù)據(jù)處理部10的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，即可得到窄間隙激光填絲焊坡口內(nèi)部的熔滴過渡圖像。

本例中所述步驟S2中，在金屬試板1表面，靠近窄間隙坡口布置若干個(gè)間隔排列的溫度傳感器，每個(gè)溫度傳感器的輸出端均與數(shù)據(jù)處理部10的輸入端口連接。

本例中所述在金屬試板1表面布置的溫度傳感器包括在金屬試板1上表面、下表面、前表面和后表面，靠近窄間隙坡口且距窄間隙坡口呈梯度距離間隔排列布置的若干個(gè)溫度傳感器，相鄰兩個(gè)溫度傳感器距窄間隙坡口鈍邊或側(cè)壁的垂直距離相差3-7mm。

本例中所述產(chǎn)生激光束3的激光器的控制端、窄間隙送氣管4的控制端、窄間隙專用送絲槍6的控制端、高速攝像機(jī)8的控制端、光譜儀11的控制端、激光輔助光源9的控制端、數(shù)據(jù)處理部10均與控制中心連接，在所述步驟S4中，激光束3、窄間隙送氣管4和窄間隙專用送絲槍6的移動和作業(yè)均通過控制中心控制，而且控制中心還同時(shí)控制高速攝像機(jī)8、光譜儀11和激光輔助光源9始終對準(zhǔn)焊接區(qū)域，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理部10采集的數(shù)據(jù)信息調(diào)整激光器所發(fā)出的激光束3的強(qiáng)度和角度、窄間隙送氣管4的送氣速度和窄間隙專用送絲槍6的送絲速度。