激光焊接是一種適用于金屬和熱塑性塑料連接的焊接工藝。在高度自動(dòng)化的生產(chǎn)中，例如在汽車工業(yè)中，激光已經(jīng)特別成熟，因?yàn)榧す夤ぷ鲿r(shí)幾乎沒有磨損，速度非?？欤揖群芨?。
但到目前為止，焊縫的質(zhì)量只能通過(guò)X射線、磁分析方法或從生產(chǎn)過(guò)程中分離單個(gè)樣品來(lái)追溯記錄。若能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接質(zhì)量，這將是一個(gè)技術(shù)進(jìn)步。
在傳導(dǎo)焊接中，只有材料的表面是熔融的，而在深熔焊接中，激光束可以快速深入地穿透到材料中，產(chǎn)生一個(gè)充滿金屬和氣體蒸氣的小孔，這被稱為“鎖孔”。
如果“鎖孔”太深，金屬蒸汽的蒸汽壓力會(huì)隨著熔融金屬的表面張力增加而降低。“鎖孔”會(huì)變得越來(lái)越不穩(wěn)定，Z終會(huì)崩潰，在焊縫上留下一個(gè)小孔——這是材料中不想出現(xiàn)的缺陷。
因此，檢測(cè)激光焊縫小孔何時(shí)變得不穩(wěn)定對(duì)提高焊縫質(zhì)量具有重要意義。到目前為止，還沒有足夠的技術(shù)能達(dá)到這種程度，只能用光學(xué)方法從頂部觀察鎖孔。
由Kilian Wasmer的歐洲金屬加工廠商協(xié)會(huì)(EMPA)研究小組現(xiàn)在已經(jīng)精確探測(cè)并記錄了激光深熔焊的不穩(wěn)定時(shí)刻。為了做到這一點(diǎn)，他們一方面使用廉價(jià)的聲學(xué)傳感器，另一方面測(cè)量激光在金屬表面的反射。
研究人員表示，在人工智能(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的幫助下，組合的數(shù)據(jù)將在70毫秒內(nèi)被分析。這使得激光焊接過(guò)程的質(zhì)量可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。
該研究團(tuán)隊(duì)Z近在歐洲同步加速器ESRF演示了他們監(jiān)測(cè)方法的準(zhǔn)確性。他們用激光在一個(gè)小鋁板上熔化了一個(gè)鎖孔，同時(shí)用硬X射線對(duì)鋁板進(jìn)行掃描。整個(gè)過(guò)程用了不到百分之一秒的時(shí)間，由一臺(tái)高速X光攝影機(jī)記錄下來(lái)。
圖片來(lái)源：歐洲金屬加工廠商協(xié)會(huì)
一旦激光束擊中金屬，熱傳導(dǎo)焊接過(guò)程的階段就開始了——只有表面是熔融的，隨后會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的鎖孔。有時(shí)，鎖孔會(huì)噴出液態(tài)金屬，就像火山噴發(fā)一樣。如果它以不受控制的方式塌陷，就會(huì)形成氣孔。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員成功在焊縫中制造出小孔，然后用第二次激光脈沖再次將其閉合。研究人員表示制造出鎖孔的成功率為87%，去除該鎖孔的成功率為73%。
這種誤差校正方法在激光焊接中應(yīng)用前景。研究人員表示在他們之前，焊縫中的氣孔只能在工作完成后才能被檢測(cè)到，而現(xiàn)在他們已經(jīng)能夠在焊縫過(guò)程中檢測(cè)出小孔，用激光進(jìn)行的后處理可以立即開始。
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