本發(fā)明申請(qǐng)是母案申請(qǐng)“激光焊小孔等離子體電特性檢測(cè)裝置及方法”的分案申請(qǐng)，母案申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?015106642389，申請(qǐng)日為2015年10月14日。本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)，更加具體的說(shuō)，具體涉及一種檢測(cè)激光焊接過(guò)程中包含小孔內(nèi)等離子及工件上方等離子體羽的電特性的檢測(cè)裝置及方法，本發(fā)明所述小孔等離子體的含義是指在深熔焊條件下小孔內(nèi)等離子及由小孔內(nèi)噴發(fā)出的等離子體。
背景技術(shù)：
：在激光焊接過(guò)程中，高能激光束與工件及保護(hù)氣體相互作用，產(chǎn)生等離子體，亦稱激光等離子體。激光焊可以分為熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種模式，具體的說(shuō)，激光深熔焊過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體包含小孔內(nèi)的等離子體和工件上方的等離子體羽，可以統(tǒng)稱之為等離子體。焊接過(guò)程中產(chǎn)生的等離子體對(duì)焊接過(guò)程的穩(wěn)定與否和焊接質(zhì)量差異有著重要的影響。所以對(duì)激光等離子體的研究有重要的實(shí)際意義。從辯證的角度來(lái)講，激光等離子體是我們探測(cè)激光焊接過(guò)程的橋梁。一方面，激光等離子體中包含了關(guān)于焊接過(guò)程的重要信息，例如光、電及聲信號(hào)，國(guó)內(nèi)外有較多的研究,通過(guò)對(duì)等離子中信息的研究可以獲取關(guān)于焊接過(guò)程的基本信息；另一方面，等離子體對(duì)工件的焊接質(zhì)量有重要的影響，具體表現(xiàn)在工件上方的等離子體羽對(duì)激光束的散射及吸收作用，使得激光到達(dá)工件表面的能量密度減少，進(jìn)而影響焊接質(zhì)量。由于本發(fā)明只是涉及激光等離子體電信號(hào)的檢測(cè)，故在此只說(shuō)明關(guān)于激光等離子體電信號(hào)探測(cè)的現(xiàn)有技術(shù)。在一般穩(wěn)態(tài)等離子體的電信號(hào)檢測(cè)方面，以langmuir探針最為廣泛，這是一種有源探針，但是并不適用于激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的具有一定波動(dòng)性的等離子電特性的檢測(cè)。另外，關(guān)于無(wú)源電探針檢測(cè)激光等離子體電特性的現(xiàn)有技術(shù)有，激光等離子體的無(wú)源電檢測(cè)裝置及方法(專利號(hào)201310513676.6)及檢測(cè)激光等離子體的光電探針及其使用方法(專利號(hào)201110360537.5)已獲得相關(guān)專利授權(quán)。值得注意的是，在激光深熔焊模式下，小孔內(nèi)充滿了等離子體，在蒸汽壓力，熔池靜壓力及表面張力相互平衡的狀態(tài)下，小孔維持張開(kāi)，焊接過(guò)程穩(wěn)定。所以，要對(duì)激光焊接質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，有必要對(duì)小孔內(nèi)的等離子體特性進(jìn)行檢測(cè)。但是，現(xiàn)今無(wú)論是利用光電探針還是langmuir探針或是無(wú)源電探針檢測(cè)等離子的方法只局限在工件上方的等離子體羽，并沒(méi)有一種檢測(cè)激光深熔焊模式下的小孔內(nèi)等離子體特性的裝置及方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)在檢測(cè)激光深熔焊模式下小孔內(nèi)等離子電特性的局限性，提出一種包含小孔內(nèi)等離子體及小孔中噴發(fā)出的等離子體的電源模型，并在此基礎(chǔ)之上發(fā)明了一種可以對(duì)小孔等離子體電特性進(jìn)行檢測(cè)的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光深熔焊模式下小孔等離子體電特性的檢測(cè)。本發(fā)明的技術(shù)目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：激光焊小孔等離子體電特性檢測(cè)裝置，包括電信號(hào)檢測(cè)裝置、第一連接導(dǎo)線、第二連接導(dǎo)線、變阻器、放大電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，其中：電信號(hào)檢測(cè)裝置通過(guò)第二連接導(dǎo)線與變阻器相連；第一連接導(dǎo)線的一端與變阻器相連，另一端與工件相連；變阻器與放大電路相連，放大電路與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，激光束與工件及保護(hù)氣體相互作用，形成等離子體，等離子體中的電流信號(hào)經(jīng)電信號(hào)檢測(cè)裝置和工件的連接導(dǎo)線引出，流經(jīng)外接負(fù)載電阻(即變阻器)，由放大電路和數(shù)據(jù)采集卡采集負(fù)載電阻兩端的電壓信號(hào)，通過(guò)電壓和電阻即可得出等離子中的電流信號(hào)，最終電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)；電信號(hào)檢測(cè)裝置包括探測(cè)機(jī)構(gòu)、下蓋和上蓋；探測(cè)機(jī)構(gòu)整體為圓筒狀，上端開(kāi)口，下端設(shè)置擋片，在擋片的中央設(shè)置激光作用口，在激光作用口的一側(cè)設(shè)置氣體流出口，探測(cè)機(jī)構(gòu)的中央為通孔結(jié)構(gòu)，以為激光作用提供通道；上蓋和下蓋的中央位置均設(shè)置有通孔，上蓋和下蓋連接為一個(gè)整體為圓柱狀的殼體，在殼體內(nèi)部形成空腔，在下蓋上設(shè)置與空腔相連的進(jìn)水嘴、出水嘴和進(jìn)氣嘴；出氣嘴設(shè)置在探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片上，其一端通過(guò)連接管道與進(jìn)氣嘴相連，另一端與氣體流出口相連；探測(cè)機(jī)構(gòu)整體位于殼體內(nèi)，探測(cè)機(jī)構(gòu)的上端固定設(shè)置在上蓋的通孔中，探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片固定設(shè)置在下蓋的通孔中且與下蓋的下表面平齊，共同組成電信號(hào)檢測(cè)裝置的下表面，并在電信號(hào)檢測(cè)裝置的下表面上設(shè)置耐熱絕緣層。在上述技術(shù)方案中，探測(cè)機(jī)構(gòu)的中央為通孔結(jié)構(gòu)，與擋片中央的激光作用口配合為激光作用提供通道，激光源通過(guò)探頭機(jī)構(gòu)的通過(guò)和激光作用口，作用在工件進(jìn)行激光焊接；通孔結(jié)構(gòu)由上端的圓形通孔和下端的錐形孔組成，錐形孔的最大直徑與圓形通孔直徑一致，均為小于等于10mm優(yōu)選在6—10mm，以避免等離子體對(duì)激光束的透鏡效應(yīng)，錐形孔的最小直徑為3—5mm，以使得激光等離子體與探測(cè)機(jī)構(gòu)的通孔結(jié)構(gòu)的下端錐形孔的表面良好接觸。在上述技術(shù)方案中，探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片的上端的圓筒狀結(jié)構(gòu)的壁厚在2—3mm。在上述技術(shù)方案中，耐熱絕緣層的厚度在0.5mm之內(nèi)，材料選用耐熱(針對(duì)激光焊接的溫度，能夠承受且不發(fā)生熔化形變等)的絕緣材料即可，選用涂覆、粘附均可；使用耐熱絕緣層的目的在于切斷工件上方等離子體羽與焊接工件組成的電流回路，使得等離子體中的電流信號(hào)流入探測(cè)機(jī)構(gòu)，這相當(dāng)于改變了等離子體中的電流回路，實(shí)現(xiàn)了利用電信號(hào)探測(cè)裝置檢測(cè)激光焊接過(guò)程中小孔等離子體的電特性這一目的。在上述技術(shù)方案中，在待焊接工件上設(shè)置有夾具，用于夾持和固定電信號(hào)檢測(cè)裝置。在上述技術(shù)方案中，為方便進(jìn)行電信號(hào)的傳導(dǎo)，電信號(hào)檢測(cè)裝置中的探測(cè)機(jī)構(gòu)、下蓋、上蓋、進(jìn)水嘴、出水嘴、進(jìn)氣嘴選用金屬材料，優(yōu)選銅，即將整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)裝置整體采用金屬材料進(jìn)行制備，以便于在電信號(hào)檢測(cè)裝置的任何部位均可與第二連接導(dǎo)線相連，向外導(dǎo)出電信號(hào)。在上述技術(shù)方案中，進(jìn)水嘴和出水嘴設(shè)置在下蓋直徑的兩端，以便冷卻水由進(jìn)水嘴進(jìn)入空腔后，流經(jīng)最長(zhǎng)的距離(即下蓋的直徑)后，再?gòu)某鏊炝鞒?，更好地為整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)裝置提供冷卻處理。在上述技術(shù)方案中，進(jìn)氣嘴設(shè)置在連接進(jìn)水嘴和出水嘴的圓弧的中央位置，用于激光焊接保護(hù)的惰性氣體從進(jìn)氣嘴經(jīng)連接管道，進(jìn)入出氣嘴，再經(jīng)過(guò)氣體流出口流出，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接的氣體保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)氣體和冷卻水的分離存在，同時(shí)冷卻水實(shí)現(xiàn)對(duì)連接管道的冷卻。在上述技術(shù)方案中，所述氣體流出口設(shè)置在擋片上且貫穿整個(gè)擋片，以形成導(dǎo)氣通道，導(dǎo)氣通道的中軸線與整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)裝置的下表面(即水平方向)的夾角為30—50°，以使惰性氣體(氮?dú)?、氦氣或者氬?能夠?qū)す馀c工作作用區(qū)域及其周?chē)M(jìn)行保護(hù)(保護(hù)焊縫，防止其氧化)。在上述技術(shù)方案中，所述連接管道選用導(dǎo)氣軟管即可。在上述技術(shù)方案中，出氣嘴通過(guò)螺紋連接設(shè)置在探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片上。在上述技術(shù)方案中，上蓋與下蓋外表面直徑在60—100mm之間，壁厚3—5mm，腔體高度30—60mm范圍內(nèi)，以保證冷卻效果。在上述技術(shù)方案中，探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片與下蓋螺紋連接并固定。在上述技術(shù)方案中，探測(cè)機(jī)構(gòu)的上端通過(guò)墊板和連接螺栓固定設(shè)置在上蓋的通孔中，且連接螺栓向下延伸與下蓋連接，以使探測(cè)機(jī)構(gòu)、上蓋和下蓋成為一個(gè)整體。在上述技術(shù)方案中，探測(cè)機(jī)構(gòu)和上蓋、上蓋和下蓋、探頭機(jī)構(gòu)和下蓋的連接處設(shè)置密封圈，選用耐熱密封材料進(jìn)行制備的密封圈。利用上述裝置檢測(cè)小孔等離子電特性的方法，按照下述步驟進(jìn)行：步驟1，電信號(hào)檢測(cè)裝置通過(guò)第二連接導(dǎo)線與變阻器相連；第一連接導(dǎo)線的一端與變阻器相連，另一端與工件相連；變阻器與放大電路相連，放大電路與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，變阻器兩端的電壓經(jīng)放大電路后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)；電信號(hào)檢測(cè)裝置置于工件表面，將激光源對(duì)準(zhǔn)電信號(hào)檢測(cè)裝置中探測(cè)機(jī)構(gòu)的通孔和激光作用口，以使激光束能夠穿過(guò)通過(guò)和激光作用口到達(dá)工件表面，電信號(hào)檢測(cè)裝置的耐熱絕緣層的下表面與工件的焊縫上表面的高度在2mm以內(nèi)；步驟2，打開(kāi)激光源進(jìn)行激光焊接，同時(shí)利用進(jìn)氣嘴、連接管道、出氣嘴和氣體流出口輸入惰性保護(hù)氣體，利用進(jìn)水嘴和出水嘴進(jìn)行水冷；步驟3，數(shù)據(jù)采集卡將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，數(shù)字電信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集線進(jìn)入計(jì)算機(jī)并顯示并存儲(chǔ)。在上述技術(shù)方案中，由于電信號(hào)檢測(cè)裝置可以全部包圍著等離子體，所以采集到的電信號(hào)穩(wěn)定，采集的范圍也最大。改變外接變阻器阻值(即變阻器的電阻值)，使其從小到大變化，每改變一次電阻值，測(cè)量一次電信號(hào)，最終會(huì)得到關(guān)于小孔等離子體伏安特性曲線。將激光等離子體(包括小孔內(nèi)的等離子體和工件上方的等離子羽)視為一個(gè)電源，如圖7所示，在等離子體內(nèi)部，由于在小孔內(nèi)部縱向存在壓力梯度pe及溫度梯度te，由公式(1)可知在小孔的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)電位差。在等離子內(nèi)部，由于將之看成是一個(gè)電源，在小孔內(nèi)部溫度梯度的方向與電位梯度的方向一致，所以電子流由(ne,te)2(b處)流向(ne,te)0(o處)，標(biāo)記為je,h。在工件上方的等離子羽看為是電源模型的一部分，由于在等離子體中心(ne,te)0(o處)處的溫度及壓力高于外部，所以由溫度梯度與壓力梯度和電位梯度之間的關(guān)系可知，在等離子羽中，電子流由中心處(ne,te)0(o處)以輻射狀向邊界處(ne,te)1(a處)流動(dòng)，標(biāo)記為je,pl。綜上所述小孔內(nèi)的電子流從b處流向o處，再?gòu)膐處流向a處，這是等離子內(nèi)部的電子流動(dòng)方向。由于等離子與焊接工件相接觸，故等離子中的電子流會(huì)流向焊接工件，為了測(cè)量小孔等離子體中的電子流，利用本發(fā)明的電信號(hào)檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，由于在電信號(hào)檢測(cè)裝置下表面涂敷了一層耐熱絕緣層，所以當(dāng)激光等離子體從小孔內(nèi)噴出，通過(guò)激光作用口進(jìn)入探測(cè)機(jī)構(gòu)的通孔后，等離子體中的電子流不會(huì)進(jìn)入焊接工件，而是流入探測(cè)機(jī)構(gòu)與外接變阻器組成的檢測(cè)電路，具體檢測(cè)電路原理圖如圖8所示(通孔采用上端的圓形通孔和下端的錐形孔，由下端錐形孔的表面與激光等離子體接觸)，這樣可以實(shí)現(xiàn)激光焊接過(guò)程中小孔等離子體電特性的檢測(cè)?？紤]到等離子體中鞘層效應(yīng)的影響，探測(cè)機(jī)構(gòu)上的電位為公式(2)所示。公式(1)，(2)中▽?duì)誴lasma為等離子體中的電位梯度，ne為電子密度，te為電子溫度，e為電子電量，mi為離子質(zhì)量，φprobe為探測(cè)機(jī)構(gòu)上的電位(即電信號(hào)檢測(cè)裝置上的電位)；▽te為電子溫度梯度，▽ne為電子密度梯度，k為普朗克常數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的檢測(cè)方法與檢測(cè)裝置和現(xiàn)有檢測(cè)激光等離子體方法最大的不同是在于，本發(fā)明所提出的檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法可以檢測(cè)激光焊過(guò)程中小孔內(nèi)等離子體電特性，這是現(xiàn)有的技術(shù)所不能做到的。另外，這種對(duì)于激光等離子體的檢測(cè)方法，穩(wěn)定性更強(qiáng)，檢測(cè)范圍更大，檢測(cè)時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)于激光焊過(guò)程中小孔的形成和演變，激光焊接質(zhì)量的在線檢測(cè)有重要的實(shí)際意義。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的激光焊接過(guò)程中小孔等離子體電特性檢測(cè)裝置的總體布置示意圖，其中13-焊接工件，14-焊縫，15-電信號(hào)探測(cè)裝置，16-第一連接導(dǎo)線，用于連接焊接工件，17-變阻器，18-放大電路，19-數(shù)據(jù)采集卡，20-計(jì)算機(jī)，21-第二連接導(dǎo)線，用于連接電信號(hào)探測(cè)裝置，22-激光束，23-夾具。圖2是本發(fā)明的電信號(hào)探測(cè)裝置的三維外觀示意圖，其中1-探測(cè)機(jī)構(gòu)，3—下蓋，4-進(jìn)水嘴，5-上蓋，6-墊板，7-連接螺栓，9-進(jìn)氣嘴，10-出水嘴。圖3是本發(fā)明的電信號(hào)探測(cè)裝置的俯視圖，其中1-探測(cè)機(jī)構(gòu)，4-進(jìn)水嘴，5-上蓋，6-墊板，7-連接螺栓，9-進(jìn)氣嘴，10-出水嘴。圖4是對(duì)應(yīng)圖3中b-b方向的剖視圖，其中1-探測(cè)機(jī)構(gòu)，2-出氣嘴，3-下蓋，4-進(jìn)水嘴，5-上蓋，6-墊板，7-連接螺栓，8-密封圈，10-出水嘴，12-耐熱絕緣層。圖5是本發(fā)明的電信號(hào)探測(cè)裝置的拆解視圖，其中1-探測(cè)機(jī)構(gòu)，1-1為激光作用口，1-2為氣體流出口，2-出氣嘴，3-下蓋，4-進(jìn)水嘴，5-上蓋，6-墊板，7-連接螺栓，8-密封圈，9-進(jìn)氣嘴，10-出水嘴，11-軟管。圖6是本發(fā)明的電信號(hào)探測(cè)裝置與焊接工件的位置關(guān)系示意圖，其中13-焊接工件，14-焊縫，15-電信號(hào)探測(cè)裝置，22-激光束，23-夾具，h為探測(cè)機(jī)構(gòu)絕緣層下表面與焊接工件之間的距離。圖7是小孔等離子體電源模型原理圖，其中13-焊接工件，22-激光束，24-焊接熔池，25-小孔，26-等離子體羽，b點(diǎn)位于小孔之中，o點(diǎn)位于等離子體羽中，a點(diǎn)位于焊接熔池中，等離子體羽的張開(kāi)半徑標(biāo)記為r。圖8是利用本發(fā)明提出的電信號(hào)探測(cè)裝置檢測(cè)激光焊過(guò)程中小孔等離子體電特性的電路原理示意圖，其中12-耐熱絕緣層，13-焊接工件，15-電信號(hào)探測(cè)裝置，17-變阻器，22-激光束，24-焊接熔池，25-小孔，26-等離子體羽。圖9是激光深熔焊模式下，采集到的小孔等離子體的電信號(hào)，電信號(hào)為外接變阻器電阻值為2000ω下所得。圖10是激光深熔焊模式下得到的焊縫表面形貌圖。圖11是激光深熔焊模式下得到的焊縫橫截面形貌圖。圖12是激光熱導(dǎo)焊模式下，采集到的小孔等離子體的電信號(hào)，電信號(hào)為外接變阻器電阻值為2000ω下所得。圖13是激光熱導(dǎo)焊模式下得到的焊縫表面形貌圖。圖14是激光熱導(dǎo)焊模式下得到的焊縫橫截面形貌圖。圖15是激光深熔焊模式下采集到的小孔等離子體的電信號(hào)階段劃分示意圖。圖16是激光焊接過(guò)程中電壓幅值與外接變阻器電阻值之間的關(guān)系曲線圖，其中曲線1為焊接初始階段——小孔形成初始階段(即i階段)電壓幅值與變阻器電阻值的關(guān)系曲線圖，曲線2為焊接穩(wěn)定階段——小孔穩(wěn)定階段(即iii階段)電壓幅值與變阻器電阻值的關(guān)系曲線圖。圖17是激光焊接初始階段，即小孔形成初始階段小孔等離子體的伏安關(guān)系曲線圖。圖18是激光焊接穩(wěn)定階段，即小孔穩(wěn)定階段小孔等離子體的伏安關(guān)系曲線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。如附圖1—5所示，本發(fā)明的激光焊小孔等離子體電特性檢測(cè)裝置，包括電信號(hào)檢測(cè)裝置、第一連接導(dǎo)線、第二連接導(dǎo)線、變阻器、放大電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，其中：電信號(hào)檢測(cè)裝置通過(guò)第二連接導(dǎo)線與變阻器相連；第一連接導(dǎo)線的一端與變阻器相連，另一端與工件相連；變阻器與放大電路相連，放大電路與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連；整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)裝置整體采用金屬銅進(jìn)行制備，電信號(hào)檢測(cè)裝置包括探測(cè)機(jī)構(gòu)、下蓋和上蓋；探測(cè)機(jī)構(gòu)整體為圓筒狀，上端開(kāi)口，下端設(shè)置擋片，在擋片的中央設(shè)置激光作用口，在激光作用口的一側(cè)設(shè)置氣體流出口，探測(cè)機(jī)構(gòu)的中央為通孔結(jié)構(gòu)，以為激光作用提供通道；上蓋和下蓋的中央位置均設(shè)置有通孔，上蓋和下蓋連接為一個(gè)整體為圓柱狀的殼體，在殼體內(nèi)部形成空腔，在下蓋上設(shè)置與空腔相連的進(jìn)水嘴、出水嘴和進(jìn)氣嘴；出氣嘴設(shè)置在探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片上，其一端通過(guò)連接管道與進(jìn)氣嘴相連，另一端與氣體流出口相連，氣體流出口設(shè)置在擋片上且貫穿整個(gè)擋片，以形成導(dǎo)氣通道，導(dǎo)氣通道的中軸線與整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)裝置的下表面的夾角為30°；探測(cè)機(jī)構(gòu)整體位于殼體內(nèi)，探測(cè)機(jī)構(gòu)的上端固定設(shè)置在上蓋的通孔中，探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片固定設(shè)置在下蓋的通孔中且與下蓋的下表面平齊，共同組成電信號(hào)檢測(cè)裝置的下表面，并在電信號(hào)檢測(cè)裝置的下表面上設(shè)置耐熱絕緣層0.5mm。探測(cè)機(jī)構(gòu)的中央為通孔結(jié)構(gòu)，與擋片中央的激光作用口配合為激光作用提供通道，激光源通過(guò)探頭機(jī)構(gòu)的通過(guò)和激光作用口，作用在工件進(jìn)行激光焊接；通孔結(jié)構(gòu)由上端的圓形通孔和下端的錐形孔組成，錐形孔的最大直徑與圓形通孔直徑一致，均為10mm，錐形孔的最小直徑為5mm。探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片的上端的圓筒狀結(jié)構(gòu)的壁厚在2mm。進(jìn)水嘴和出水嘴設(shè)置在下蓋直徑的兩端，進(jìn)氣嘴設(shè)置在連接進(jìn)水嘴和出水嘴的圓弧的中央位置，上蓋與下蓋外表面直徑為100mm，壁厚3mm，腔體高度為60mm；出氣嘴通過(guò)螺紋連接設(shè)置在探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片上；探測(cè)機(jī)構(gòu)的擋片與下蓋螺紋連接并固定；探測(cè)機(jī)構(gòu)的上端通過(guò)墊板和連接螺栓固定設(shè)置在上蓋的通孔中，且連接螺栓向下延伸與下蓋連接，以使探測(cè)機(jī)構(gòu)、上蓋和下蓋成為一個(gè)整體；探測(cè)機(jī)構(gòu)和上蓋、上蓋和下蓋、探頭機(jī)構(gòu)和下蓋的連接處設(shè)置密封圈，選用耐熱密封材料進(jìn)行制備的密封圈。如圖6所示，電信號(hào)檢測(cè)裝置的耐熱絕緣層的下表面與工件的焊縫上表面的高度在2mm，在待焊接工件上設(shè)置有夾具，用于夾持和固定電信號(hào)檢測(cè)裝置。電信號(hào)檢測(cè)裝置通過(guò)第二連接導(dǎo)線與變阻器相連；第一連接導(dǎo)線的一端與變阻器相連，另一端與工件相連；變阻器與放大電路相連，放大電路與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，變阻器兩端的電壓經(jīng)放大電路后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)；電信號(hào)檢測(cè)裝置置于工件表面，將激光源對(duì)準(zhǔn)電信號(hào)檢測(cè)裝置中探測(cè)機(jī)構(gòu)的通孔和激光作用口，打開(kāi)激光源進(jìn)行激光焊接，同時(shí)利用進(jìn)氣嘴、連接管道、出氣嘴和氣體流出口輸入惰性保護(hù)氣體，利用進(jìn)水嘴和出水嘴進(jìn)行水冷，使得整個(gè)電信號(hào)檢測(cè)裝置維持在一個(gè)相對(duì)低的溫度范圍之內(nèi)，避免激光焊接產(chǎn)生熱量對(duì)設(shè)備的影響。本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備采用nd:yag激光器，激光波長(zhǎng)1.06μm，聚焦透鏡焦距300mm，焊接過(guò)程采用激光表面自熔方法，板厚3mm，實(shí)驗(yàn)所用保護(hù)氣為ar氣，氣流量25l/min，離焦量-1mm，材料選用激光焊等離子噴發(fā)比較強(qiáng)烈的a304不銹鋼，所選焊接參數(shù)如表1所示。表1激光功率焊接速度離焦量保護(hù)氣流量1200w4mm/s-125l/min激光焊接過(guò)程電信號(hào)被采集后，經(jīng)調(diào)理電路放大和濾波，利用采集卡進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。圖9-11為激光深熔焊模式下的電信號(hào)、焊縫表面形貌與焊縫橫截面形貌圖(電信號(hào)均為外接負(fù)載電阻為2000ω下所得)，在穩(wěn)定的深熔焊模式下，電信號(hào)初期會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大的峰值，經(jīng)過(guò)過(guò)渡階段后，電信號(hào)維持穩(wěn)定。焊縫表面光潔平滑，工件被焊透。這是由于在焊接過(guò)程中，小孔形成后，維持在張開(kāi)的狀態(tài)，激光能量能夠充分的進(jìn)入小孔。圖12-14為激光熱導(dǎo)焊模式下的電信號(hào)、焊縫表面形貌與焊縫橫截面形貌圖(電信號(hào)均為外接負(fù)載電阻為2000ω下所得)，熱導(dǎo)焊模式下的電信號(hào)在時(shí)域范圍內(nèi)，并沒(méi)有初始峰值，而且與深熔焊模式下的電信號(hào)有截然相反的變化趨勢(shì)。隨著焊接過(guò)程的進(jìn)行，電信號(hào)幅值的絕對(duì)值先增加后維持穩(wěn)定，且電信號(hào)幅值的絕對(duì)值在時(shí)域范圍內(nèi)均小于深熔焊模式下電信號(hào)的初始峰值。與深熔焊模式相比，熱導(dǎo)焊模式下的焊縫深寬比嚴(yán)重減小。要檢測(cè)激光焊接中的小孔等離子體的電特性，所以本發(fā)明選取深熔焊模式下的電信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，由電信號(hào)探測(cè)裝置探測(cè)到的激光深熔焊模式下的電信號(hào)可以很好的說(shuō)明激光深熔焊的過(guò)程。如圖15所示，為深熔焊模式下電信號(hào)階段劃分示意圖。根據(jù)以往的研究結(jié)果可以對(duì)之劃分為三個(gè)階段(圖15中所應(yīng)用的電信號(hào)為變阻器電阻值為2000ω時(shí)得到的電信號(hào)，截取0.6s的時(shí)間范圍)。i：焊接初始階段(深熔焊模式下，小孔形成的初始階段)，時(shí)間范圍在1-10ms內(nèi)；ii：焊接過(guò)渡階段(深熔焊模式下，小孔從形成到穩(wěn)定的階段)，時(shí)間范圍在0.5s內(nèi)；iii：焊接穩(wěn)定階段(深熔焊模式下，小孔穩(wěn)定的階段)。針對(duì)已經(jīng)劃分的三個(gè)階段，著重分析焊接初始階段(i階段)和穩(wěn)定階段(iii階段)。利用上文提出的小孔等離子體電特性檢測(cè)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，外接變阻器電阻值在0-25kω間變化，描繪出小孔形成初始階段(i階段)和小孔穩(wěn)定階段(iii階段)的電壓幅值與電阻值之間的關(guān)系曲線。如圖16所示，可以發(fā)現(xiàn)i與iii過(guò)程中，電壓幅值的絕對(duì)值隨著變阻器的電阻值的增大而增大，當(dāng)在20kω后變化不大，基本達(dá)到飽和。焊接初始階段的電信號(hào)幅值的絕對(duì)值要高于穩(wěn)定階段的電信號(hào)幅值之絕對(duì)值。確定了電壓值與電阻值之間的關(guān)系曲線，進(jìn)而可以描繪出關(guān)于小孔初始階段(i階段)和穩(wěn)定階段(iii階段)的伏安特性曲線。圖17為焊接初始階即小孔形成初始階段(i階段)等離體的伏安特性曲線圖，可以看出，在焊接初始階段(i階段)，伏安曲線為一條直線，即在激光功率為1200w(cw)條件下，作為電源的小孔等離子體的內(nèi)阻為一定值(約2370歐姆)。而在焊接穩(wěn)定階段(iii階段)等離子的伏安曲線(如圖18)為一條曲線，此時(shí)小孔等離子體的內(nèi)阻并不是一個(gè)定值。綜上所述：本發(fā)明提出了一種新的包含小孔內(nèi)等離子及工件上方等離子體羽的電源模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種檢測(cè)小孔等離子體電特性的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊過(guò)程中小孔等離子體的電特性的檢測(cè)，即本發(fā)明的激光焊小孔等離子體電特性檢測(cè)裝置、電信號(hào)檢測(cè)裝置及方法在檢測(cè)激光焊接過(guò)程中小孔等離子體電特性中的應(yīng)用，在固定外接電阻阻值的情況下采集激光深熔焊模式下的電信號(hào)，在固定外接電阻阻值的情況下采集激光熱導(dǎo)焊模式下的電信號(hào)，在改變外接電阻阻值的情況下針對(duì)激光深熔焊模式下的電壓值與電阻值的關(guān)系曲線和伏安特性曲線。以上對(duì)本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說(shuō)明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12