Устройство для сварки с контролем качества структуры сварного шва и способ сварки с контролем качества структуры сварного шва

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного излучения. Сварочный лазерный луч (L1) излучается вдоль зоны (C11, С12) сварки, расположенной на обрабатываемых деталях (W1, W2), а контрольный лазерный луч (L5) излучается вдоль зон (С51, С52) сканирования, расположенных в ванне (Y1) расплавленного металла. При этом принимают ответное световое излучение (L2), а контроль качества структуры сварного шва на деталях контролируют на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового излучения, принятого из первой области внутри ванны расплавленного металла, и интенсивности ответного светового излучения, принятого из второй области внутри ванны расплавленного металла, расположенной дальше от центральной части сварочной ванны, с заданным пороговым значением. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству для сварки с контролем качества структуры сварного шва и способу контроля, а именно относится к устройству, контролирующему структуру формируемого сварного шва при сваривании, например, нескольких обрабатываемых деталей лазерным лучом, и соответствующий способ контроля.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Когда два стальных листа укладывают один на другой, и выполняют их сварку лазерным лучом, выполняют оценку качества сварного шва, формируемого при сварке лазерным лучом. В качестве примера такой оценки качества сварного шва, полученного сваркой лазерным лучом в публикации японской патентной заявки No. 2008-87056 (JP 2008-87056 А) описана технология выполнения оценки качества сварки лазерным лучом с использованием отраженного светового лазерного луча.

[0003] Например, в системе для оценки качества сварки лазерным лучом, описанной в JP 2008-87056 А, лазерный импульс YAG излучается лазерным факелом, и отраженное лазерное излучение принимается первым светоприемно-передающим средством по диагонали вперед от верхней поверхности в направлении ведения сварки. Кроме того, сварочное излучение, включающее в себя свечение паров (шлейф) и отраженное лазерное излучение, принимается вторым светоприемно-передающим средством в направлении, коаксиальном направлению излучения лазерного луча. Отраженное лазерное излучение и сварочное излучение, которые принимают одновременно в двух предварительно заданных направлениях, преобразуются в электрические сигналы, обусловленные соответствующей им интенсивностью. Данная система определяет качество сварки на основе интенсивности электрических сигналов или ее изменений.

[0004] В соответствии с системой оценки качества сварки лазерным излучением, описанной в JP 2008-87056 А, отраженное лазерное излучение и сварочное излучение принимают одновременно в двух предварительно заданных направлениях, отличающихся друг от друга, и соответствующее значение интенсивности принятого сигнала сравнивается с установленными соответствующими пороговыми значениями. Таким образом, можно определить возникновение любого из следующих разнообразных типов дефектов сварки: усадка при сварке (незаполнение), когда сварной валик не заполняет зазор между стальными листами; непроваренный сварной шов, когда верхний и нижний стальные листы не соединены из-за избыточно большого зазора между стальными листами; вдавленный сварной шов, когда валик аналогичным образом вдавливается из-за избыточно большого зазора между стальными листами; и вытекание металла из ванны расплавленного металла из-за колебаний теплового баланса; а также пористый (или с трещинами) сварной шов.

[0005] Однако, в системе оценки качества сварки лазерным излучением, описанной в JP 2008-87056 А, например, в случае, когда лазерный факел находится на расстоянии от свариваемых деталей (стальных листов), электрические сигналы, полученные от принятого отраженного лазерного излучения и сварочного излучения, становятся слабыми. За счет этого точность определения дефектов сварки может уменьшиться. В частности, при вдавленном сварном шве, когда при сварке лазерным излучением валик получен вдавленным, эти изменения электрических сигналов, вызванные дефектами сварки, уменьшаются. Это может привести к тому, что дефекты сварки в обрабатываемых деталях нельзя будет обнаружить с точностью. Кроме того, известно, что свечение паров, вызванное плавлением и испарением обрабатываемых деталей, и свечение теплового излучения, исходящее от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, меняется в соответствии с температурой свариваемой детали, и электрические сигналы, полученные от принятого отраженного лазерного излучения и сварочного излучения, и пороговые значения для определения качества сварки лазерным излучением, изменяются в зависимости от температуры свариваемой детали. Вследствие этого, в случае, когда при сварке лазерным излучением температура свариваемой детали колеблется в широких пределах, точность определения дефектов сварки свариваемых деталей может дополнительно снизиться.

Сущность изобретения

[0006] Настоящее изобретение обеспечивает создание устройства для сварки, которое способно с точностью проконтролировать структуру сварного шва свариваемых деталей при сварке на расстоянии, когда сварка выполняется таким образом, что свариваемые детали расположены на расстоянии от лазерного факела, а также способ контроля структуры сварного шва.

[0007] Первый объект изобретения относится к устройству для сварки с контролем качества сварного шва, которое контролирует структуру сварного шва, формирующегося при сваривании нескольких обрабатываемых деталей. Устройство для сварки с контролем качества структуры сварного шва включает в себя: излучающий узел, излучающий сварочный лазерный луч вдоль одной зоны сварки, расположенной на свариваемых деталях, с выполнением сваривания этих деталей, и излучающий контрольный лазерный луч вдоль одной зоны сканирования, расположенной в сварочной ванне расплавленного металла свариваемых деталей, расплавляемых сварочным лазерным лучом; светоприемный узел, принимающий ответный световой луч, включающий в себя, по меньшей мере, одно из следующего: отраженное излучение сварочного лазерного луча или контрольного лазерного луча, излучаемого излучающим узлом, при этом отраженное излучение отражается от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечение паров, вызванное плавлением и испарением свариваемых деталей, а также свечение теплового излучения, излученное сварочной ванной расплавленного металла свариваемых деталей; а также узел контроля, контролирующий структуру сварного шва свариваемых деталей на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

[0008] В соответствии с вышеуказанным объектом, структура сварочного шва свариваемых деталей контролируется на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового луча, принятого из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла, образованной в свариваемых деталях, и интенсивности ответного светового луча, принятого из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла, образованной в свариваемых деталях, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область. Соответственно, например, в случае сварки на расстоянии, когда сварка выполняется таким образом, что излучающий узел пространственно удален от свариваемых деталей, даже если электрический сигнал, полученный от ответного светового луча, принимаемого светоприемным узлом, является слабым, или если интенсивность ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, изменяется в соответствии с изменением температуры свариваемой детали, можно с точностью проконтролировать структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях.

[0009] Для вышеуказанного объекта, узел контроля может контролировать структуру сварного шва свариваемых деталей на основе сравнения соотношения между интенсивностью ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из первой области и интенсивностью ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из второй области, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

[0010] В соответствии с вышеуказанным объектом, структура сварного шва свариваемых деталей контролируется на основе сравнения соотношения между интенсивностью ответного светового луча, принятого из первой области, и интенсивностью ответного светового луча, принятого из второй области, с заданным пороговым значением Соответственно, например, даже если электрический сигнал, полученный от ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, является слабым, или если интенсивность ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, изменяется в зависимости от изменения температуры свариваемой детали, можно определить структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях, на основе, по существу, единых критериев, что дает возможность более точно контролировать структуру сварного шва свариваемых деталей.

[0011] Для вышеуказанного объекта, узел контроля может контролировать структуру сварного шва свариваемых деталей на основе сравнения соотношения среднего значения интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из первой области, и среднего значения интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из второй области, с заданным пороговым значением.

[0012] В соответствии с вышеуказанным объектом, структура сварного шва свариваемых деталей контролируется на основе сравнения соотношения среднего значения интенсивности ответного светового луча, принятого из первой области, и среднего значения интенсивности ответного светового луча, принятого из второй области, с заданным пороговым значением. Соответственно, даже если, например, интенсивность ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, изменяется в зависимости от изменения температуры свариваемой детали или периодической вибрации зеркала сварочной ванны расплавленного металла, можно определить структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях, на основе, по существу, единых критериев, что делает возможным дополнительный более точный контроль структуры сварного шва свариваемых деталей.

[0013] Следует отметить, что среднее значение интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из первой области, определяется как интенсивность ответного светового луча на единицу длины, на единицу площади или на единицу времени, которая вычисляется путем деления общей суммы значений интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из первой области, на длину, сканированную лазерным лучом в первой области, площадь первой области, время, в течение которого лазерный луч производит сканирование в первой области, и т.п. Кроме того, среднее значение интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из второй области, определяется аналогично, как интенсивность ответного светового луча на единицу длины, на единицу площади или в единицу времени, которое вычисляется путем деления общей суммы значений интенсивности ответного светового луча, принятого светоприемным узлом из второй области, на длину, сканированную лазерным лучом во второй области, площадь второй области, время, в течение которого лазерный луч выполняет сканирование во второй области, и т.п.

[0014] Кроме того, второй объект изобретения относится к способу сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва, формируемого в процессе сваривания нескольких свариваемых деталей. Способ сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва включает в себя: излучение сварочного лазерного луча вдоль одной зоны сварки, расположенной на свариваемых деталях с выполнением сваривания этих деталей, и излучение контрольного лазерного луча вдоль одной зоны сканирования, расположенной в сварочной ванне расплавленного металла свариваемых деталей, расплавляемых сварочным лазерным лучом; приемку ответного светового излучения, включающего в себя, по меньшей мере, одно из следующего: отраженное излучение сварочного лазерного луча или контрольного лазерного луча, которое отражается от ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечение паров, вызванное плавлением и испарением свариваемых деталей, и свечение теплового излучения, излученное из сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей; а также контроль структуры сварного шва свариваемых деталей на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового луча, принятого из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового луча, принятого из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

[0015] В соответствии с вышеуказанным объектом, структура сварного шва свариваемых деталей контролируется на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового луча, принятого из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла, образованной в свариваемых деталях, и интенсивности ответного светового луча, принятого из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла, образованной в свариваемых деталях, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область. Соответственно, например, в случае сварки на расстоянии, когда сварка выполняется таким образом, что излучающий узел лазера находится на расстоянии от свариваемых деталей, даже если электрический сигнал, полученный от ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, является слабым, или если интенсивность ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, изменяется в соответствии с изменением температуры свариваемой детали, можно с точностью проконтролировать структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях.

[0016] Как понятно из вышеприведенного описания, первый и второй объекты изобретения имеют достаточно простую общую схему, что позволяет в случае соединения сваркой нескольких обрабатываемых деталей, контролировать структуру сварного шва свариваемых деталей на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового луча, принятого из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового луча, принятого из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область. Соответственно, даже если электрический сигнал, полученный от отраженного светового луча, является слабым, или если интенсивность ответного светового луча изменяется в соответствии с изменением температуры свариваемой детали, можно с точностью контролировать структуру сварного шва свариваемых деталей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] Конструктивные особенности, преимущества, а также техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы, и при этом:

Фиг. 1 представляет собой чертеж общего вида, схематически иллюстрирующий общую схему 1 варианта осуществления устройства сварки с контролем качества сварного шва в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 представляет собой вид сверху для описания формы излучения сварочного лазерного луча от узла сварочного излучения устройства сварки, изображенного на фиг. 1;

Фиг. 3 представляет собой вид сверху для описания формы излучения контрольного лазерного луча от узла контрольного излучения устройства сварки, изображенного на фиг. 1;

Фиг. 4 представляет собой вид, иллюстрирующий пример изменения интенсивности ответного светового луча во времени;

Фиг. 5А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва нормальная;

Фиг. 5В представляет собой вид, полученный по стрелке VB-VB на фиг. 5А;

Фиг. 6А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий другой пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва нормальная;

Фиг. 6В представляет собой вид, полученный по стрелке VIB-VIB на фиг. 6А;

Фиг. 7А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная;

Фиг. 7В представляет собой вид, полученный по стрелке VIIB-VIIB на фиг. 7А;

Фиг. 8А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий другой пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная;

Фиг. 8В представляет собой вид, полученный по стрелке VIIIB-VIIIB на фиг. 8А;

Фиг. 9 представляет собой вид, иллюстрирующий примерные соотношения между средними значениями интенсивности ответных световых лучей в случае, когда структура сварного шва нормальная, и в том случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная;

Фиг. 10 представляет собой чертеж общего вида, схематически иллюстрирующий общую схему 2 варианта осуществления устройства сварки с контролем качества структуры сварного шва в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 11А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий с увеличением сварной шов контрольного образца в соответствии с примером 1;

Фиг. 11В представляет собой вид, полученный по стрелке XIB-XIB на фиг. 11А;

Фиг. 11С представляет собой вид, иллюстрирующий временную зависимость интенсивности ответного светового луча в контрольном образце в соответствии с примером 1;

Фиг. 12А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий с увеличением сварной шов контрольного образца в соответствии с примером 2;

Фиг. 12В представляет собой вид, полученный по стрелке XIIB-XIIB на фиг. 12А;

Фиг. 12С представляет собой вид, иллюстрирующий временную зависимость интенсивности ответного светового луча в контрольном образце в соответствии с примером 3;

Фиг. 13 представляет собой вид, иллюстрирующий соотношения между средними значениями интенсивности ответных световых лучей в контрольных образцах в соответствии с примерами 1, 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0018] Далее описаны варианты осуществления устройства сварки с контролем качества структуры сварного шва и способ сварки с контролем качества структуры сварного шва в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на чертежи.

Вариант осуществления 1 устройства сварки с контролем качества структуры сварного шва

[0019] Вначале описан вариант осуществления 1 устройства сварки с контролем качества структуры сварного шва настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 1-3.

[0020] Фиг. 1 представляет собой чертеж общего вида, схематически иллюстрирующий общую схему 1 варианта осуществления устройства сварки с контролем качества структуры сварного шва в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, фиг. 2 представляет собой вид сверху для пояснения формы излучения сварочного лазерного луча от узла сварочного излучения устройства сварки, изображенного на фиг. 1, а фиг. 3 представляет собой вид сверху для описания формы излучения контрольного лазерного луча от узла контрольного излучения устройства сварки, изображенного на фиг. 1.

[0021] Устройство 100 сварки, изображенное на фиг. 1, преимущественно, содержит узел 1 сварочного излучения, узел 5 контрольного излучения, светоприемный узел 2, узел 3 преобразователя, усилитель 4, узел 6 контроля, и ЭЛТ (электронно-лучевую трубку) 7.

[0022] Для сварки двух деталей (например, стальных листов) W1, W2, уложенных друг на друга или расположенных на некотором расстоянии друг от друга, узел 1 сварочного излучения излучает сварочный лазерный луч (например, лазерный импульс YAG с заданной длиной волны) L1, на свариваемые детали W1, W2. Более конкретно, как показано на фиг. 2, узел 1 сварочного излучения кругообразно перемещает точку фокусировки F1 сварочного лазерного луча L1 несколько раз вдоль практически круглой зоны сварки С11, имеющей радиус R11, расположенной в свариваемой детали W1, таким образом, чтобы излучить сварочный лазерный луч L1 несколько раз в зоне сварки С11. Затем узел 1 сварочного излучения перемещает точку фокусировки F1 сварочного лазерного луча L1 внутри зоны сварки С11, и кругообразно перемещает точку фокусировки F1 сварочного лазерного луча L1 несколько раз вдоль практически круглой зоны сварки С12, которая имеет радиус R12, меньший, чем радиус R11, и которая коаксиальна зоне сварки С11, таким образом, чтобы излучить сварочный лазерный луч L1 несколько раз в зоне сварки С12. При повторении такой операции излучения сварочного лазерного луча L1, в свариваемых деталях W1, W2 формируется сварной шов практически круглой формы, таким образом, соединяя свариваемые детали W1, W2 сваркой (называемой также Laser Screw Welding - точечной лазерной сваркой). Следует отметить, что центр С0 зоны сварки С11 или зоны сварки С12, представляет собой центр сварки сварного шва, формируемого в обрабатываемых деталях W1, W2.

[0023] При этом с помощью излучения сварочного лазерного луча L1 узлом 1 сварочного излучения, ванна Y1 расплавленного металла, где свариваемые детали Wl, W2 расплавлены, формируется справа и слева от сварочного лазерного луча L1, а также позади сварочного лазерного луча L1 от направления перемещения сварочного лазерного луча L1. В варианте осуществления 1, поскольку сварочный лазерный луч L1 излучается вдоль практически круглых сварочных зон С1, С2, как описано выше, в свариваемых деталях W1, W2 образуется сварочная ванна Y1 расплавленного металла практически круглой формы.

[0024] Как показано на фиг. 1, узел 5 контрольного излучения излучает контрольный лазерный луч L5 на сварочную ванну Y1 расплавленного металла через оптическую систему 8 и светоприемный узел 2. Более конкретно, как показано на фиг. 3, узел 5 контрольного излучения несколько раз кругообразно перемещает точку фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5, с практически постоянной скоростью вдоль круглой зоны С51 сканирования, имеющей радиус R51, расположенной внутри от наружного края сварочной ванны Y1 расплавленного металла, так, чтобы излучить несколько раз контрольный лазерный луч L5 в зоне С51 сканирования. Затем узел 5 контрольного излучения перемещает точку фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5 внутри зоны С51 сканирования, и несколько раз кругообразно перемещает точку фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5 вдоль практически круглой зоны С52 сканирования, имеющей радиус R52, меньший, чем радиус R51, которая коаксиальна зоне С51 сканирования, с тем, чтобы несколько раз излучить контрольный лазерный луч L5 в зоне С52 сканирования. При повторении этой операции излучения контрольного лазерного луча L5, узел 5 контрольного излучения излучает контрольный лазерный луч L5 по всей сварочной ванне Y1 расплавленного металла практически круглой формы, формируемой в свариваемых деталях W1, W2. Следует отметить, что центр зон С51, С52 сканирования размещается, например, в вышеупомянутом центре С0 сварки зон C11, С12 сварки.

[0025] Как показано на фиг. 1, в то время, когда контрольный лазерный луч L5 излучается узлом 5 контрольного излучения на сварочную ванну Y1 расплавленного металла, светоприемный узел 2 принимает ответный световой луч L2, включающий в себя отраженное излучение контрольного лазерного излучения L5, отражающееся от сварочной ванны Y1 расплавленного металла свариваемых деталей W1, W2, свечение паров (свечение плазмы), вызванное плавлением и испарением свариваемых деталей W1, W2, свечение теплового излучения (инфракрасное излучение), излучаемое сварочной ванной Y1 расплавленного металла свариваемых деталей W1, W2 и пр.

[0026] Узел 3 преобразователя преобразует в электрический сигнал ответный световой луч L2, принятый светоприемным узлом 2 и преобразованный в оптической системе 8 и конденсорной линзе 9, и передает электрический сигнал на усилитель 4. Усилитель 4 усиливает интенсивность электрического сигнала, выданного узлом 3 преобразователя, и передает его на узел 6 контроля.

[0027] Узел 6 контроля выполняет обработку электрического сигнала, переданного усилителем 4, и контролирует структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях W1, W2. В частности, узел 6 контроля определяет среднее значение интенсивности ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2 из области в пределах наружного края сварочной ванны Y1 расплавленного металла, расположенной достаточно близко к центру С0 сварки (например, области в зоне С52 сканирования в центральной части по отношению к центру С0 сварки), и среднее значение интенсивности ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом из области в пределах наружного края сварочной ванны, расположенной достаточно удаленно от центра С0 сварки (например, области в зоне С51 сканирования смещенной к наружному краю по отношению к центру С0 сварки). Затем узел 6 контроля оценивает структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях W1, W2 на основе соотношения средних значений интенсивности ответного светового луча L2. Кроме того, узел 6 контроля передает на ЭЛТ 7 результат обработки электрического сигнала, переданного усилителем 4. ЭЛТ 7 отображает результат обработки сигнала, переданного узлом 6 контроля.

Вариант осуществления 1 способа сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва

Далее будет описан вариант осуществления 1 способа сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва настоящего изобретения с использованием устройства 100 сварки, изображенного на фиг. 1, со ссылкой на фиг. 4-9.

[0029] Фиг. 4 представляет собой вид, иллюстрирующий пример изменения во времени интенсивности ответного светового луча, который передается на узел 6 контроля устройства 100 сварки, представленного на фиг. 1. Кроме того, фиг. 5А представляет собой вид сверху иллюстрирующий пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва нормальная, а фиг. 5В представляет собой вид, полученный по стрелке VB-VB на фиг. 5А. Кроме того, фиг. 6А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий другой пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва нормальная, а фиг. 6В представляет собой вид, полученный по стрелке VIB-VIB на фиг. 6А. Кроме того, фиг. 7А представляет собой вид, иллюстрирующий пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная, и фиг. 7В представляет собой вид, полученный по стрелке VIIB-VIIB на фиг. 7А. Кроме того, фиг. 8А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий другой пример взаимного расположения сварочной ванны расплавленного металла, точки фокусировки, и зоны сканирования контрольным лазерным лучом в случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная, а фиг. 8В представляет собой вид, полученный по стрелке VIIIB-VIIIB на фиг. 8А. Кроме того, фиг. 9 представляет собой вид, иллюстрирующий примерные соотношения между средними значениями интенсивности ответных световых лучей в случае, когда структура сварного шва нормальная, и в том случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная.

[0030] На основе примера, в котором структура сварного шва нормальная (пример, когда свариваемые детали W1, W2 сварены нормально), последующие примеры сравнивают друг с другом: пример, в котором точку фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5 кругообразно перемещают несколько раз вдоль практически круглой зоны С51 сканирования, расположенной в сварочной ванне расплавленного металла Y1 таким образом, чтобы излучать контрольный лазерный луч L5 несколько раз на зону С51 сканирования (см. 5А и 5В); и пример, в котором точку фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5 кругообразно перемещают несколько раз вдоль практически круглой зоны С52 сканирования, имеющей радиус меньше, чем у зоны С51 сканирования таким образом, чтобы излучать контрольный лазерный луч L5 несколько раз на зону С52 сканирования (см. 6А и 6В). В примере, в котором контрольный лазерный луч L5 излучается на зону С52 сканирования, интенсивность ответного светового луча L2 увеличивается за счет увеличения температуры свариваемой детали, и т.п.. В связи с этим, как показано пунктирной линией на фиг. 4, интенсивность ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2 и передаваемым на узел 6 контроля через узел 3 преобразователя и усилитель 4, выше в примере, в котором контрольный лазерный луч L5 излучается на зону С52 сканирования, затем на зону С51 сканирования (зона (2) на фиг 4), по сравнению с примером, когда контрольный лазерный луч излучается L5 несколько раз на зону С51 сканирования (зона (1) на фиг. 4).

[0031] При этом в примере, в котором структура сварного шва неудовлетворительная (например, в случае пористого сварного шва, в котором обе свариваемые детали расплавлены и вдавлены), часть или полный контрольный лазерный луч L5, излученный узлом 5 контрольного излучения (см. фиг. 8В), проходит сквозь свариваемую деталь W1 или свариваемую деталь W2, в зависимости от взаимного расположения зоны сканирования, расположенной в сварочной ванне Y1 расплавленного металла, и неудовлетворительного сварочного шва XI, что ограничивает повышение температуры свариваемой детали. В связи с этим, как показано сплошной линией на фиг. 4, в примере, когда точка фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5 кругообразно перемещается несколько раз вдоль практически круглой зоны С51 сканирования, расположенной в сварочной ванне Y1 расплавленного металла таким образом, чтобы излучать контрольный лазерный луч L5 несколько раз на зону С51 сканирования (см фиг. 7А и 7В) (зона (1) на фиг. 4), интенсивность ответного светового луча L2, передаваемого на узел 6 контроля, эквивалентна интенсивности ответного светового луча L2, принятого, когда структура сварного шва является нормальной. С другой стороны, в примере, когда точка фокусировки F5 контрольного лазерного луча L5 кругообразно перемещается несколько раз вдоль практически круглой зоны С52 сканирования, имеющей радиус меньше, чем у зоны С51 сканирования, таким образом, чтобы излучать контрольный лазерный луч L5 несколько раз на зону С52 сканирования (см. фиг. 8А и 8В) (зона (2) на фиг. 4), интенсивность ответного светового луча L2, передаваемого на узел 6 контроля, ниже, чем интенсивность ответного светового луча L2, принятого, когда структура сварного шва нормальная.

[0032] В соответствии со способом сварки с контролем качества структуры сварного шва варианта осуществления 1, интенсивность ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2, в зоне (1), изображенной на фиг. 4 (области внутри сварочной ванны Y1 расплавленного металла, расположенной достаточно удаленно от центра С0 сварки), и его среднее значение интенсивности сравнивают с помощью узла 6 контроля с интенсивностью ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2 в зоне (2), показанной на фиг. 4 (области внутри ванны Y1 расплавленного металла, расположенной достаточно близко к центру С0 сварки) и его средним значением интенсивности. Таким образом, даже если электрический сигнал, полученный от ответного светового луча L2, является слабым, или если интенсивность ответного светового луча L2 изменяется, например, в соответствии с изменением температуры свариваемой детали, возможно контролировать, имеется ли неудовлетворительный сварочный шов X1 в пределах наружного края сварочной ванны Y1 расплавленного металла, иначе говоря, встречается ли неудовлетворительная сварка в сварном шве, формируемом в свариваемых деталях W1, W2. Более конкретно, вычисляется среднее значение интенсивности ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2 в зоне (1), изображенной на фиг. 4, и среднее значение интенсивности ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2 в зоне (2). Затем, как показано на фиг. 9, вычисленное соотношение (например, зона (2) / зона (1)) между обоими средними значениями интенсивности, сравнивается с заданным пороговым значением. Таким образом, можно контролировать, имеется ли неудовлетворительный сварочный шов XI в пределах наружного края сварочной ванны Y1 расплавленного металла, иначе говоря, встречается ли неудовлетворительная сварка в сварном шве, формируемом в свариваемых деталях W1, W2.

[0033] В частности, в варианте осуществления 1, контрольный лазерный луч L5 излучается на сварочную ванну Y1 расплавленного металла вдоль практически круглых зон С51, С52 сканирования. За счет этого можно точно контролировать, имеется ли практически круглый неудовлетворительный сварочный шов X1 в непосредственной близости к центру С0 сварки в сварочной ванне Y1 расплавленного металла.

[0034] Кроме того, согласно варианту осуществления 1, контрольный лазерный луч L5 излучается вдоль зон С51, С52 сканирования, расположенных в сварочной ванне Y1 расплавленного металла, образованной излучением сварочного лазерного луча L1. Затем структуру сварного шва контролируют на основе интенсивности ответного светового луча L2, принятого светоприемным узлом 2. Соответственно, например, даже в случае, когда положение фокусировки сварочного лазерного луча удалено от места возникновения неудовлетворительного сварочного шва X1, можно должным образом регулировать режим сканирования (зоны сканирования и т.п.) контрольного лазерного луча L5. Это делает возможным точный контроль структуры сварного шва, формируемого в свариваемых деталях.

[0035] Следует отметить, что считается, что периодическое колебание интенсивности ответного светового луча L2 в зоне (1), изображенной сплошной линией на фиг. 4 или в зоне (2), изображенной пунктирной линией на фиг. 4, вызвано, например, периодическими вибрациями зеркала сварочной ванны Y1 расплавленного металла, образованной в свариваемых деталях W1, W2 излучением сварочного лазерного луча L2. Кроме того, считается, что в зоне (2) сплошной линии на фиг 4, не происходит периодическое колебание интенсивности ответного светового луча L2, потому что часть или полный контрольный лазерный луч L5, излученный узлом 5 контрольного излучения, проходит сквозь свариваемые детали W1, W2.

Вариант осуществления 2 устройства для сварки с контролем качества структуры сварного шва

[0036] Далее будет описан вариант осуществления 2 устройства для сварки с контролем качества структуры сварного шва настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 10.

[0037] Фиг. 10 представляет собой чертеж общего вида, схематически иллюстрирующий общую схему варианта 2 осуществления устройства сварки в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 100А сварки по варианту осуществления 2, как показано на фиг. 10, отличается от устройства 100 сварки варианта осуществления 1, показанного на фиг. 1 тем, что структура сварного шва контролируется с помощью отраженного излучения сваривающего лазерного луча, излученного сварочным излучающим узлом. Другая конфигурация, в целом, такая же, как у устройства 100 сварки по варианту осуществления 1. Соответственно, составные части, аналогичные таковым в варианте осуществления 1, имеют одинаковые ссылочные позиции, что и таковые в варианте осуществления 1, и их подробное описание опущено.

[0038] Устройство 100А сварки, проиллюстрированное на чертеже, преимущественно, содержит узел 1А сварочного излучения, светоприемный узел 2А, узел 3А преобразователя, усилитель 4А, узел 6А контроля, и ЭЛТ (электронно-лучевую трубку) 7А.

[0039] Для сварки двух обрабатываемых детали W1, W2, уложенных друг на друга, или расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, узел 1А сварочного излучения излучает сваривающий лазерный луч L1A на две свариваемые детали W1, W2 через оптическую систему 8А и светоприемный узел 2А. С помощью излучения сваривающего лазерного луча L1A узлом 1А сварочного излучения, сварочная ванна Y1 расплавленного металла, где расплавляются свариваемые детали W1, W2, формируется справа и слева от сваривающего лазерного луча L1A и позади сваривающего лазерного луча L1A от направления перемещения сваривающего лазерного луча L1A.

[0040] Светоприемный узел 2А принимает ответный световой луч L2A, включающий в себя отраженное сварочное лазерное излучение L1A, генерируемое узлом 1А сварочного излучения, при этом отраженное излучение отражается от сварочной ванны Y1 расплавленного металла свариваемых деталей W1, W2, свечение паров (свечение плазмы), вызванное плавлением и испарением свариваемых деталей W1, W2, свечение теплового излучения (инфракрасное излучение), излученное сварочной ванной Y1 расплавленного металла свариваемых деталей W1, W2, и т.п.

[0041] Узел 3А преобразователя преобразует в электрический сигнал ответный световой луч L2A, принятый светоприемным узлом 2А и преобразованный в оптической системе 8А и конденсорной линзе 9А, и передает электрический сигнал на усилитель 4А. Усилитель 4А усиливает интенсивность электрического сигнала, выданного узлом 3А преобразователя, и передает его на узел 6А контроля.

[0042] Узел 6А контроля выполняет обработку электрического сигнала, переданного усилителем 4А, и контролирует структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях W1, W2. В частности, узел 6А контроля определяет среднее значение интенсивности ответного светового луча L2A, принятого светоприемным узлом 2А из области внутри от наружного края сварочной ванны Y1 расплавленного металла, расположенной достаточно близко к центру С0 сварки, и среднее значение интенсивности ответного светового луча L2A, принятого светоприемным узлом 2А из области внутри наружного края сварочной ванны расплавленного металла, расположенной достаточно удаленно от центра С0 сварки. Затем узел 6А контроля оценивает структуру сварного шва, формируемого в свариваемых деталях W1, W2 на основе соотношения средних значений интенсивности ответного светового луча L2A. Кроме того, узел 6А контроля передает на ЭЛТ 7А результат обработки электрического сигнала, переданного усилителем 4А. ЭЛТ 7А отображает результат обработки сигнала, переданного узлом 6А контроля.

[0043] В случае, когда структура сварного шва неудовлетворительная, а именно, в случае формируемого в сварочной ванне Y1 расплавленного металла неудовлетворительного сварного шва, (например, в случае пористого сварного шва), когда сварочный лазерный луч L1A излучается узлом 1А сварочного излучения на свариваемые детали W1, W2, например, часть сварочного лазерного луча L1A проходит сквозь свариваемую деталь W1 или свариваемую деталь W2, либо свариваемые детали W1, W2 частично отсутствуют, так что увеличение температуры свариваемых деталей ограничено. Соответственно, так же, как и в варианте осуществления 1, интенсивность ответного светового луча L2A, который передается на узел 6А контроля, ниже, чем интенсивность ответного светового луча, принимаемого в случае нормальной структуры сварного шва. Согласно варианту осуществления 2, узел 6А контроля сравнивает среднее значение интенсивности ответного светового луча L2A, принятого из области внутри сварочной ванны Y1 расплавленного металла, расположенной достаточно близко к центру С0 сварки, со средним значением интенсивности ответного светового луча L2A, принятого из области в пределах наружного края сварочной ванны Y1 расплавленного металла, расположенной достаточно удаленно от центра С0 сварки. Таким образом, аналогично варианту осуществления 1, даже если электрический сигнал, полученный от ответного светового луча L2A, слабый, или если интенсивность ответного светового луча L2A изменяется в зависимости, например, от изменения температуры свариваемой детали, можно контролировать, образуется ли неудовлетворительный сварочный шов XI внутри от наружного края сварочной ванны Y1, иначе говоря, встречается ли неудовлетворительная сварка в сварном шве, формируемом в свариваемых деталях W1, W2.

[0044] Следует отметить, что вариант осуществления 1, описанный выше, относится к варианту осуществления, в котором центр зоны сканирования контрольным лазерным лучом установлен в центре сварки сварочным лазерным лучом. Тем не менее, можно установить центр зоны сканирования контрольным лазерным лучом в необходимое положение (внутри от наружного края сварочной ванны расплавленного металла) в сварочной ванне расплавленного металла, образованной с помощью излучения сварочного лазерного луча.

[0045] Кроме того, варианты осуществления, описанные выше, относятся к варианту осуществления, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом и зона сканирования контрольным лазерным лучом имеют практически круглую форму. Тем не менее, зона сварки сварочным лазерным лучом и зона сканирования контрольным лазерным лучом могут иметь, например, форму петли, форму эллипса или многоугольную форму, форму спирали, и тому подобное. Кроме того, в случае, когда часть сварного шва, в которой легко может возникнуть неудовлетворительная сварка, является предсказуемой, предпочтительно, чтобы зона сварки сварочным лазерным лучом и зона сканирования контрольным лазерным лучом проходили через эту часть. Следует отметить, что в случае, когда зона сварки сварочным лазерным лучом имеет практически круглую форму, центр сварки находится в центре зоны сварки. В случае, когда зона сварки сварочным лазерным лучом имеет, например, форму петли, эллиптическую форму или многоугольную форму, центр сварки может быть установлен в положение, например, геометрического центра зоны сварки. В случае, когда зона сварки сварочным лазерным лучом имеет спиральную форму, центр сварки может находиться в центре спирали зоны сварки.

[0046] Кроме того, указанные варианты осуществления относятся к варианту осуществления, в котором интенсивность ответного светового луча, принятого из той области внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно близко к центру сварки сравнивается с интенсивностью ответного светового луча, принятого из той области внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно удаленно от центра сварки. Тем не менее, можно задать опорные точки для сравнения интенсивности ответных световых лучей, в определенных местах сварочной ванны расплавленного металла, образованной излучением сварочного лазерного луча.

[0047] Кроме того, указанные варианты осуществления, в основном, относятся к варианту осуществления, в котором средние значения интенсивности ответного светового луча, принятого из той области внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно близко к центру сварки, сравниваются со средними значениями интенсивности ответного светового луча, принятого из той области внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно удаленно от центра сварки. Тем не менее, часть интенсивности ответного светового луча, принятого из той области внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно близко к центру сварки, может сравниваться с частью интенсивности ответного светового луча, принятого из той области внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно удаленно от центра сварки.

[0048] Кроме того, указанные варианты осуществления относятся к варианту осуществления, в котором сварочный лазерный луч и контрольный лазерный луч излучаются на свариваемые детали, закрепленные в заданном положении. Тем не менее, положения фокусировки сварочного лазерного луча и контрольного лазерного луча могут быть фиксированными, и сварка лазерным лучом может выполняться на свариваемых деталях, в то время как свариваемые детали соответствующим образом перемещаются. С другой стороны, сварка лазерным лучом может выполняться на свариваемых деталях таким образом, что свариваемые детали и положения фокусировки сварочного лазерного луча и контрольного лазерного луча перемещаются относительно друг друга.

Эксперимент на контрольных образцах для определения соответствия между структурой сварного шва и соотношением между средними значениями интенсивности ответных световых лучей и его результаты

[0049] Автором (авторами) настоящего изобретения изготовлены два типа контрольных образцов (примеры 1, 2), имеющих различную структуру сварного шва, и выполнено измерение интенсивности ответного светового луча от каждого из контрольных образцов с тем, чтобы определить соответствие между структурой сварного шва и соотношением между средними значениями интенсивности ответных световых лучей.

Способ изготовления контрольного образца и способ измерения интенсивности ответного светового луча от контрольного образца

[0050] Сначала далее описан в общих чертах способ изготовления контрольного образца и способ измерения интенсивности ответного светового луча от контрольного образца. Две свариваемые детали, каждая из которых изготовлена из стали SCGA440, толщиной 0,7 мм, были положены одна на другую, и сварочный лазерный луч был излучен несколько раз на свариваемые детали вдоль одной зоны сварки практически круглой формы, с тем, чтобы сформировать сварной шов практически круглой формы, имеющий радиус приблизительно 2,5 мм. В дальнейшем, контрольный лазерный луч (с выходной мощностью 1000 Вт и со скоростью сканирования 90 м/мин) излучался для прохождения десять раз вдоль зоны сканирования практически круглой формы (с центром сварки, принятым в качестве ее центра), имеющей радиус приблизительно 1,7 мм, таким образом, чтобы пройти сквозь сварочную ванну расплавленного металла, образованную в свариваемых деталях. Затем точка фокусировки контрольного лазерного луча была смещена всего приблизительно на 1,4 мм, и контрольный лазерный луч излучался для прохождения десять раз вдоль зоны сканирования практически круглой формы (с центром сварки, принятым в качестве ее центра), имеющей радиус приблизительно 0,3 мм. В данный момент был принят ответный световой луч, включающий в себя отраженное излучение сварочного лазерного луча, отраженного от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечение паров, вызванное плавлением и испарением свариваемых деталей, свечение теплового излучения, излученное сварочной ванной расплавленного металла свариваемых деталей и пр. Ответный световой луч, соответственно, был преобразован в электрический сигнал, и интенсивность этого сигнала была измерена. Следует отметить, что в ходе этого эксперимента в ответном световом луче была измерена, в частности, интенсивность сигнала свечения теплового излучения (инфракрасного излучения) от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей.

Результаты определения соответствия между структурой сварного шва и средними значениями интенсивности ответных световых лучей в контрольном образце

[0051] Фиг. 11А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий с увеличением сварной шов контрольного образца в соответствии с примером 1. Фиг. 1В представляет собой вид, полученный по стрелке XIB-XIB на фиг. 11А, а фиг. 11С представляет собой вид, иллюстрирующий временную зависимость интенсивности ответного светового луча в контрольном образце в соответствии с примером 1. Кроме того, фиг. 12А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий с увеличением сварной шов контрольного образца в соответствии с примером 2, фиг. 12В представляет собой вид, полученный по стрелке XIIB-XIIB на фиг. 12А, а фиг 12С представляет собой вид, иллюстрирующий временную зависимость интенсивности ответного светового луча в контрольном образце в соответствии с примером 3.

[0052] Как показано на фиг. 11А-11С, в контрольном образце примера 1 (структура сварочного соединения нормальная), было установлено, что интенсивность ответного светового луча в зоне R2 (в диапазоне от 0,58 до 0,60 сек), в которой контрольный лазерный луч был излучен вдоль зоны сканирования с радиусом около 0,3 мм, была существенно больше, чем интенсивность ответного светового луча, измеренная в зоне R1 (в диапазоне от 0,44 до 0,46 сек), в которой контрольный лазерный луч был излучен вдоль зоны сканирования с радиусом около 1,7 мм. Кроме того, в контрольном образце в примере 1 было установлено, что интенсивность ответного светового луча, измеренная в зоне R2, содержала в себе периодические колебания.

[0053] С другой стороны, как показано на фиг. 12А-12С, в контрольном образце в примере 2 (пористый сварной шов, в котором обе свариваемые детали были расплавлены и вдавлены), было установлено, что интенсивность ответного светового луча, измеренная в зоне R1 (в диапазоне от 0,44 до 0,46 сек), в которой контрольный лазерный луч был излучен вдоль зоны сканирования, имеющей радиус около 1,7 мм, была эквивалентна интенсивности ответного светового луча в зоне R2 (в диапазоне от 0,58 до 0,60 сек), в которой контрольный лазерный луч был излучен вдоль зоны сканирования с радиусом около 0,3 мм. То есть, было установлено, что интенсивность ответного светового луча, измеренная в зоне R2 в контрольном образце в примере 2, была достаточно мала по сравнению с контрольным образцом в примере 1. Кроме того, в контрольном образце в примере 2 было установлено, что интенсивность ответного светового луча, измеренная в зоне R1, содержала в себе периодические колебания, а интенсивность ответного светового луча, измеренная в зоне R2, содержала в себе незначительное число периодических колебаний.

[0054] Фиг. 13 представляет собой вид, иллюстрирующий соотношения между средними значениями интенсивности ответных световых лучей в контрольных образцах в соответствии с примерами 1, 2. В данном случае соотношение между средними значениями интенсивности ответных световых лучей в каждом из контрольных образцов в соответствии с примерами 1, 2 рассчитано таким образом, что среднее значение интенсивности (интенсивность ответного светового луча в единицу времени) ответного светового луча, измеренное в зоне R2 (в диапазоне от 0,58 до 0,60 сек), где контрольный лазерный луч был излучен вдоль зоны сканирования, имеющей радиус около 0,3 мм, была разделена на среднее значение интенсивности (интенсивность ответного светового луча в единицу времени) ответного светового луча, измеренное в зоне R1 (в диапазоне от 0,44 до 0,46 сек), где контрольный лазерный луч был излучен вдоль зоны сканирования с радиусом около 1,7 мм. Следует отметить, что на фиг. 13 показаны десять контрольных образцов, сформированных для каждого примера 1, 2, а также соотношение между средними значениями интенсивности ответных световых лучей, которое было вычислено для каждого контрольного образца.

[0055] Как показано на фиг. 13, было установлено, что десять контрольных образцов в примере 1 (структура сварочного соединения нормальная) имеют, по существу, одинаковое соотношение между средними значениями интенсивности. Кроме того, было установлено, что десять контрольных образцов в примере 2 (пористый сварной шов) имеют, по существу, одинаковое соотношение между средними значениями интенсивности. Дополнительно к этому, было установлено, что соотношение средних значений интенсивности отраженных световых лучей в контрольных образцах в примере 1 было существенно больше, чем соотношение между средними значениями интенсивности ответных световых лучей в контрольных образцах в примере 2.

[0056] В этом эксперименте было рассчитано среднее значение интенсивности ответного светового луча, принятого из той области (соответствующей зоне R2) внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно близко к центру сварки, а также среднее значение интенсивности ответного светового луча, принятого из той области (соответствующей зоне R1) внутри сварочной ванны расплавленного металла, которая расположена достаточно удаленно от центра сварки, а соотношение между средними значениями интенсивности сравнивали с заданным пороговым значением. Исходя из этих экспериментальных результатов было продемонстрировано следующее: в соответствии с таким простым и доступным способом, даже если интенсивность ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, изменяется в зависимости от изменения температуры свариваемой детали (например, повышение температуры свариваемой детали при сварке, изменение температуры свариваемой детали из-за изменения наружной температуры), или если интенсивность ответного светового луча, принятого светоприемным узлом, изменяется в зависимости от периодических колебаний зеркала сварочной ванны расплавленного металла, можно точно контролировать структуру сварного соединения, в том числе неудовлетворительную сварку, например, пористый сварной шов или сплошной вдавленный шов в области в непосредственной близости к сварочному центру.

[0057] Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на чертежи, однако конкретные конфигурации настоящего изобретения не ограничены вышеописанными вариантами осуществления. Даже если есть изменения в конструкции и пр., в рамках объема и концепции настоящего изобретения, они включаются в объем настоящего изобретения.

1. Устройство для сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва, формируемого при сваривании деталей, содержащее

излучающий узел, выполненный с возможностью излучения сварочного лазерного луча вдоль зоны сварки, расположенной на свариваемых деталях, с выполнением сваривания этих деталей, и излучения контрольного лазерного луча вдоль зоны сканирования, расположенной в сварочной ванне расплавленного металла на свариваемых деталях, расплавляемых сварочным лазерным лучом,

светоприемный узел, выполненный с возможностью приема ответного светового излучения из зоны сварки, включающего в себя по меньшей мере одно из отраженного излучения сварочного лазерного луча и контрольного лазерного луча, которые отражаются от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечения паров, вызванного плавлением и испарением свариваемых деталей, и свечения теплового излучения от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и

узел контроля качества структуры сварного шва свариваемых деталей, выполненный с возможностью осуществления упомянутого контроля на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

2. Устройство для сварки по п. 1, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом и/или зона сканирования контрольным лазерным лучом имеет форму петли или спиральную форму.

3. Устройство для сварки по п. 1, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом и/или зона сканирования контрольным лазерным лучом имеет круглую форму или эллиптическую форму.

4. Устройство для сварки по любому из пп. 1-3, в котором

упомянутый узел контроля выполнен с возможностью осуществления контроля качества структуры сварного шва на основе сравнения соотношения среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из первой области внутри сварочной ванны, и среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из второй области внутри сварочной ванный, с заданным пороговым значением.

5. Способ сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва, формируемого при сваривании деталей, включающий

излучение сварочного лазерного луча вдоль зоны сварки, расположенной на свариваемых деталях, с выполнением их сваривания и излучение контрольного лазерного луча вдоль зоны сканирования, расположенной в сварочной ванне расплавленного металла свариваемых деталей, расплавляемых сварочным лазерным лучом,

прием ответного светового излучения из зоны сварки, включающего в себя по меньшей мере одно из отраженного излучения сварочного лазерного луча и отраженного излучения контрольного лазерного луча, которые отражаются от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечения паров, вызванного плавлением и испарением свариваемых деталей, и свечения теплового излучения из сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и

контроль качества структуры сварного шва свариваемых деталей, выполняемый на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового излучения, принятого из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового излучения, принятого из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

6. Способ сварки по п. 5, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом и/или зона сканирования контрольным лазерным лучом имеет форму петли или спиральную форму.

7. Способ сварки по п. 5, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом и/или зона сканирования контрольным лазерным лучом имеет круглую форму или эллиптическую форму.

8. Способ сварки по любому из пп. 5-7, в котором

контроль качества структуры сварного шва осуществляют на основе сравнения соотношения среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого из первой области внутри сварочной ванны, и среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого из второй области внутри сварочной ванны, с заданным пороговым значением.

9. Устройство для сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва, формируемого при сваривании деталей, содержащее

излучающий узел, выполненный с возможностью излучения сварочного лазерного луча вдоль зоны сварки, расположенной на свариваемых деталях, с выполнением сваривания этих деталей,

светоприемный узел, выполненный с возможностью приема ответного светового излучения из зоны сварки, включающего в себя по меньшей мере одно из отраженного излучения сварочного лазерного луча, который отражается от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечения паров, вызванного плавлением и испарением обрабатываемых деталей, свечения теплового излучения от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и

узел контроля качества структуры сварного шва свариваемых деталей, выполненный с возможностью осуществления упомянутого контроля на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

10. Устройство для сварки по п. 9, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом имеет форму петли или спиральную форму.

11. Устройство для сварки по п. 9, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом имеет круглую форму или эллиптическую форму.

12. Устройство для сварки по любому из пп. 9-11, в котором

упомянутый узел контроля выполнен с возможностью осуществления контроля качества структуры сварного шва на основе сравнения соотношения среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из первой области внутри сварочной ванны, и среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого светоприемным узлом из второй области внутри сварочной ванны, с заданным пороговым значением.

13. Способ сварки деталей с контролем качества структуры сварного шва, формируемого при сваривании, включающий

излучение сварочного лазерного луча вдоль зоны сварки, расположенной на свариваемых деталях, с выполнением их сваривания, прием ответного светового излучения из зоны сварки, включающего в себя по меньшей мере одно из отраженного излучения сварочного лазерного луча, который отражается от сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, свечения паров, вызванного плавлением и испарением свариваемых деталей, и свечения теплового излучения из сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей,

контроль качества структуры сварного шва свариваемых деталей на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового излучения, принятого из первой области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, и интенсивности ответного светового излучения, принятого из второй области внутри сварочной ванны расплавленного металла свариваемых деталей, с заданным пороговым значением, при этом первая область находится ближе к центральной части сварочной ванны, чем вторая область.

14. Способ сварки по п. 13, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом имеет форму петли или спиральную форму.

15. Способ сварки по п. 13, в котором зона сварки сварочным лазерным лучом имеет круглую форму или эллиптическую форму.

16. Способ сварки по любому из пп. 13-15, в котором

контроль качества структуры сварного шва осуществляют на основе сравнения соотношения среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого из первой области внутри сварочной ванны, и среднего значения интенсивности ответного светового излучения, принятого из второй области внутри сварочной ванны, с заданным пороговым значением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного луча и может быть использовано для контроля наличия дефектов сварного участка.

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного луча и может быть использовано для контроля качества сварного участка. Сварочный лазерный луч излучают вдоль траектории сварки, расположенной на свариваемых деталях, а также могут излучать и контрольный лазерный луч вдоль траектории сканирования, расположенной в ванне расплава на свариваемых деталях, которые расплавляют с помощью излучения сварочного лазерного луча.

Изобретение относится в общем к медицинским стентам, в частности к устройству для изготовления стентов, используемому в способе изготовления стентов. Устройство для изготовления стентов содержит сердечник и рукав.

Изобретение относится к прочностным испытаниям материалов. .

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного луча и может быть использовано для контроля наличия дефектов сварного участка.

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного луча и может быть использовано для контроля качества сварного участка. Сварочный лазерный луч излучают вдоль траектории сварки, расположенной на свариваемых деталях, а также могут излучать и контрольный лазерный луч вдоль траектории сканирования, расположенной в ванне расплава на свариваемых деталях, которые расплавляют с помощью излучения сварочного лазерного луча.

Изобретение относится к области лазерного приборостроения и касается способа определения пространственного положения пучка инфракрасного излучения. Способ включает в себя формирование инфракрасного пучка с помощью первой оптической системы, содержащей инфракрасный лазер, прозрачный в инфракрасной области световод, выпуклое и вогнутое сферические зеркала.

Изобретение относится к системам и способам для определения по меньшей мере одного профиля абляции для избирательного удаления материала с участков борта шины для внесения поправок в характеристики неоднородности вулканизированной шины, такие как изменение боковой силы.

Изобретение относится к области лазерного резания с нагнетанием потока продувочного газа в зону резания для удаления шлаков и газов, образующихся в процессе резания.

Изобретение относится к способу сканирования трубы, предназначенной для обработки на станке для лазерной резки. Способ включает этапы, на которых: а) излучают посредством режущей головки (50) станка для лазерной резки сфокусированный лазерный луч таким образом, чтобы не происходила резка или вытравливание материала трубы (Т); b) передвигают режущую головку (50) вдоль заданного направления (х) сканирования; и с) во время перемещения режущей головки (50) вдоль направления (х) сканирования детектируют посредством соответствующих датчиков (56) излучения, отраженное или излучаемое трубой (Т), и устанавливают последовательно точка за точкой, на основе сигнала, предоставляемого датчиками (56), присутствие или отсутствие материала трубы (Т).

Группа изобретений относится к способу и устройству для лазерной резки. Согласно настоящему изобретению процессом лазерной резки управляют, используя в качестве опорного сигнала одну или несколько линий спектра испускания, характерных для излучения, испускаемого вспомогательным газом или газообразной примесью, находящейся в объеме материала, облучаемого сфокусированным лазерным лучом, сфокусированным лазерной головкой (12), при этом на основании определенного сигнала проводится корректировка по меньшей мере одного из следующих контролируемых параметров: мощность лазерного излучения, частота и коэффициент заполнения лазерных импульсов, давление вспомогательного газа, испускаемого соплом (16), являющимся частью лазерной головки (12), скорость перемещения лазерной головки (12) относительно заготовки (P), расстояние между лазерной головкой (12) и поверхностью (S) заготовки (P), и расстояние между фокусом (F) лазерного луча и поверхностью (S) заготовки (P).

Изобретение относится к лазерной обрабатывающей головке для лазерной обрабатывающей установки (варианты) и лазерной обрабатывающей установке. Лазерная головка содержит держатель (2) для узла (3) датчика, сформированный из электропроводящего материала, внешний изоляционный узел (4), изготовленный из электроизоляционного материала, такого как пластик, для электрического экранирования и внутренний изоляционный узел (5), вставленный во внешний изоляционный узел (4) в качестве экрана для излучения.

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора для контроля процесса лазерной обработки, определение текущих показателей из текущих измеренных значений.

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора, который контролирует процесс лазерной обработки, и определение по меньшей мере двух текущих показателей из по меньшей мере двух текущих измеренных значений.

Изобретение относится к области сварочного производства с использованием лазерного излучения. Сварочный лазерный луч излучается вдоль зоны сварки, расположенной на обрабатываемых деталях, а контрольный лазерный луч излучается вдоль зон сканирования, расположенных в ванне расплавленного металла. При этом принимают ответное световое излучение, а контроль качества структуры сварного шва на деталях контролируют на основе сравнения соотношения интенсивности ответного светового излучения, принятого из первой области внутри ванны расплавленного металла, и интенсивности ответного светового излучения, принятого из второй области внутри ванны расплавленного металла, расположенной дальше от центральной части сварочной ванны, с заданным пороговым значением. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Наверх