激光焊接熔透特征信號同軸增效提取方法研究

孫 謙，黃瑞生，雷 振，楊義成，王旭友，李俐群

1. 哈爾濱焊接研究院有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028 2. 哈爾濱工業大學材料學與工程系，黑龍江 哈爾濱 150001

引 言

焊縫的熔透狀態是衡量鈦合金激光焊接成形質量最重要的指標之一，同時激光焊接熔透準確識別是實現高功率激光焊接質量在線控制的重要環節，但由于高功率激光焊接過程存在劇烈能量交互效應，匙孔內部及上方存在大量等離子體、金屬飛沫、金屬蒸汽焰、粒子團簇等噴射物質，由于這些物質具有強光輻射、黑體吸收、光線遮擋、光學反射、散射等強干擾作用，而熔透特征區域位于激光匙孔底部，其直徑一般在0.05～0.4 mm(激光光纖芯徑不大于600 μm)屬于介觀尺度范疇，因此在焊縫正面穿透所有干擾物質，進入匙孔底部對介觀尺度低輻值熔透信號進行識別是一項極難攻克的技術難點。所以當前檢測手段主要采用等離子體光輻射、熔池熱場、熔池表面特征、匙孔聲學特征等間接信號作為測試依據[1-4]，雖然這些信號都能在一定程度上反映出激光焊接過程熔透狀態的某些特征信息，但是間接測量受電、磁場、氣流、溫度等環境影響因素較多、不確定性大，測試可靠性難以保證[5]。

由于等離子體等絕大多數干擾信號會在紅外譜段得到大幅衰減，因此采用光譜透視手段是解決激光匙孔內熔透特征信息難以識別的有效途徑[6-7]，以大功率固體激光焊接TC4鈦合金為試驗對象，通過自行研制的激光焊接同軸……