大功率盤型激光焊金屬蒸氣特征值分析.pdf

1、隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，激光焊接以其高速、環(huán)保和高效的優(yōu)越性，超越傳統(tǒng)焊接方式，在接合作業(yè)中受到廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)激光器相比，大功率盤型激光焊在激光束質(zhì)量、加工效率和設(shè)備性能等方面均具有明顯的優(yōu)勢。
　　 對于大功率盤型激光焊，金屬焊件表面在激光束輻射下強(qiáng)烈汽化并形成等離子體狀的金屬蒸氣羽狀物。該金屬蒸氣羽狀物可逆向激光束傳輸，對激光有明顯的屏蔽作用，降低激光輻射至焊件的能量密度，影響焊接效率和質(zhì)量。因此研究金屬蒸氣特征變化規(guī)律及

2、其與焊接質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)由金屬蒸氣特征實(shí)時(shí)監(jiān)測激光焊接狀態(tài)。
　　 以10kW大功率盤型連續(xù)激光焊接304不銹鋼鋼板為試驗(yàn)對象，應(yīng)用高速攝像機(jī)攝取金屬蕉氣動(dòng)態(tài)圖像，將其轉(zhuǎn)換至HSI(Hue－Saturation-Intensity)空間，提取金屬蒸氣面積、激光束受影響路徑長度等相關(guān)特征量，以焊縫熔寬的變化作為衡量焊接狀態(tài)穩(wěn)定性的參數(shù)。通過金屬蒸氣特征值的均值統(tǒng)計(jì)和方差分析發(fā)現(xiàn)：金屬蒸氣面積反映激光能量吸收效率，面積值越大，

3、焊接質(zhì)量越好，激光束路徑長度反映激光能量削減程度，路徑長度越長，焊接質(zhì)量越差。同時(shí)利用短時(shí)傅里葉變換獲得金屬蒸氣面積參量的時(shí)頻信息，提取各個(gè)窗口內(nèi)的時(shí)頻特征量，并利用系統(tǒng)聚類法進(jìn)行聚類分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，在特定的試驗(yàn)參數(shù)條件下，金屬蒸氣頻率特征量聚類曲線的6次方擬合曲線與焊縫寬度6次方擬合曲線波動(dòng)一致，有效地反映熔寬變化趨勢，激光束路徑長度頻率特征量聚類曲線的6次方擬合曲線與焊縫寬度6次方擬合曲線波動(dòng)相反。最后，對金屬蕉氣與激光束路徑比