[发明专利]一种钛合金蒙皮-桁条壁板双激光束双侧同步焊接微观组织的精确调控方法

说明书

本发明涉及一种钛合金蒙皮‑桁条壁板双激光束双侧同步焊接微观组织的精确调控方法，通过对焊接过程进行实时的监测获取等离子体光信号的信息，并进一步将其反馈至信息处理系统判断是否需对热输入进行调节，从而达到控制焊缝和热影响区不同区域的晶粒度、枝晶间距等的目的。该方法通过对等离子体光信号进行识别，然后建立热输入与微观组织特征信息和等离子体光信号的匹配关系，形成关联数据库。在焊接过程中对等离子体光信号进行实时识别判定，当等离子体光信号强度不符合预期要求时，制定调节方案对热输入进行调节。该方法能够实时获得等离子体光信号的信息，并制定热输入调节方案进行及时合理的调整，从而提高双激光束双侧同步焊接接头的质量。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种钛合金蒙皮-桁条壁板双激光束双侧同步焊接微观组织的精确调控方法，特别涉及双激光束双侧同步焊接过程的智能化控制技术。

背景技术

随着我国航空工业的发展，飞行器结构对轻量化提出了迫切的需求。钛合金蒙皮-桁条结构作为一种重要的轻质结构，应用范围愈加广泛。双激光束双侧同步焊接技术是一种新颖而独特的激光焊接工艺，与传统的T型结构单面焊接双面成型工艺相比，该技术能够有效保障蒙皮的表面完整性，同时该项技术具有生产效率高、焊缝成形效果好、连接结构减重明显等优点，是一种蒙皮-桁条结构的理想连接工艺。

然而，钛合金对焊接工艺参数非常敏感，双激光束双侧同步焊接钛合金过程中存在干扰因素多、质量监控难等问题，从而导致焊缝质量不稳定、焊接效果不理想，这制约了双激光束双侧同步焊接技术在制造业中的进一步发展。目前的双激光束双侧同步焊接设备及工艺均为预置焊接参数，焊接过程中采用固定不变的焊接参数，得到一个均匀的焊缝，无法控制焊缝和热影响区不同区域的晶粒度、枝晶间距，无法根据实际的状况对焊接工艺参数进行实时的调控。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种钛合金蒙皮-桁条壁板双激光束双侧同步焊接微观组织的精确调控方法，通过对焊接过程进行实时的监测获取等离子体光信号的信息，并进一步将其反馈至信息处理系统判断是否需对热输入进行调节，从而达到控制焊缝和热影响区不同区域的晶粒度、枝晶间距等的目的。

为了达到上述目的，本发明提供的一种钛合金蒙皮-桁条壁板双激光束双侧同步焊接微观组织的精确调控方法，包括下述步骤：

(1)等离子体光信号特征识别：针对钛合金蒙皮-桁条壁板开展双激光束双侧同步焊接实验，焊接过程中实时采集记录等离子体光信号的信号特征；

(2)等离子体光信号强度判定：焊前预设等离子体光信号强度的阈值S₁和S₂，同步采集焊接过程中的等离子体光信号强度值S，当S₁≤S≤S₂时，则说明等离子体光信号强度符合预期要求，判定不需要对热输入进行调节，焊接过程正常进行，当S＜S₁或S＞S₂时，则说明等离子体光信号强度不符合预期要求，判定需要对热输入进行调节；

(3)制定热输入调节方案：调节中心接收到信息处理系统的判定结果，当等离子体光信号强度不符合预期要求时，依据关联数据库制定热输入调节方案；

(4)工控机配置参数：控制中心根据调节中心所制定的热输入调节方案对激光功率、焊接速度等工艺参数进行调整，以达到对焊接接头的微观组织进行精确调控的目的。

进一步地，在桁条两侧的激光头上分别安装高速摄像机。

进一步地，本发明所述微观组织特征信息包括T型接头上下熔合线位置和尺寸、焊缝热影响区宽度、焊缝中心和热影响区等不同区域的晶粒度和枝晶间距。

进一步地，本发明所述热输入调节方案不仅对总体热输入进行改变，相同的热输入条件下具有不同的激光功率与焊接速度匹配方案，具体匹配关系从前期焊接参数单一变量实验数据形成的关联数据库中提取。