激光焊接-声音信号 - 广州焊接展

激光焊接尤其是激光深熔焊过程中，激光通过小孔深入到材料内部进行加热，由于小孔狭小（其直径约零点几个毫米），并且其内部及上方存在强烈的激光致等离子体或金属蒸气焰，难以实现对小孔内部及熔池的直接观察，因此目前激光焊接质量的实时诊断方法仍然主要是采集间接反映激光焊接过程的各种声、光、电等信号，从中提取反映焊接过程和质量的信息实现激光焊接的监测与诊断。 在激光焊接过程中，能够反应焊接过程稳定与否及焊接质量的优劣、并被用作被检测参量的信号主要有：

1. 可听声信号 AS(Audible Sound)

激光焊接在小孔模式下进行时，会发出一种特定频段可听的声音，当由于某种原因使得激光深熔焊不能进行或在传导焊时，该特征可听声信号降低或消失，一般认为这种声信号是由金属蒸气或等离子体从小孔中喷射出来时的压力波所造成的，该信号与等离子体、小孔及熔池的行为密不可分，能够反映焊接过程的变化。目前，已有诸多研究通过检测可听声信号以实现激光焊接过程和质量的监测，并取得了一些有益结果，但缺乏对声信号所反映的焊接过程本质作深层次的挖掘如声音信号在4.5k Hz 处出现带宽较窄的峰值信号则表明焊接质量良好，如没有此峰值，并且整个频谱强度都很低则表明焊接质量差。使用麦克风测量焊接过程中的声音信号，对信号进行快速傅立叶变换，对频谱的分布特点进行了研究，发现频谱中所有频率分量的相加之和与激光能量、焊速和离焦量有一定的关系用可听声作为被检测参量的缺点是声信号易受喷嘴气流和环境噪声的影响，其优点是信号拾取容易，对焊接头和外光路不会造成负担或不良影响，并且对传感器装夹的方向、距离等不敏感。

麦克风用于获取声学信号。采用谱减法降低声信号中的噪声，采用Welch-Bartlett功率谱密度估计方法分析声信号的频率特性。结果表明，完全熔透 (FP) 的良好焊缝可以与部分熔透 (PP) 的不良焊缝明显区分开来。开发一种基于 FP 和 PP 之间不同声压的算法来识别时域中的穿透状态。还开发了另一种基于FP 和 PP 之间从 500 到 1500 Hz 的不同频率特性的算法来区分穿透状态。结果表明，这两种算法可以有效地区分FP和PP。此外，还分析和讨论了不同穿透深度和模式产生的声信号不同特性的机理。表明，通过适当的数字信号处理方法，在嘈杂环境中，利用声信号实现对高强钢DP980激光焊接过程中熔透状态的在线监测是可行的。