【微型光谱仪应用】微型光谱仪在近红外激光焊接实时监测中的应用

一、背景

       激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

二、应用概述 

       红外激光是指波长范围在800nm至1mm的激光。红外激光的发光原理是通过某些物质受光激发而发光。这些物质叫做激光介质，激光介质受光激发后，能够产生一种与激发光同相的辐射。当这种辐射叠加在一起时，就会产生相位相同、方向一致、振幅协同作用的激光束。

       在红外激光焊接中，焊接部件一般被放置在一个黑色的吸热器上，以便在工作过程中可以吸收光线，这样就可以实现高效的焊接。在焊接中，红外激光束照射在焊接部分上时，照射部分吸收激光束后迅速加热，形成焊接池，并逐步融化焊接材料。

图1：激光焊接

       一家致力于研究焊接过程监测及智能控制的高校研究所使用海洋光学近红外光谱仪对近红外波段激光焊接过程中的光谱特征进行相关探索。实验对铜板，铝板，不锈钢板以及复合材料金属板进行了激光焊接熔池在线实时监测，实验装置如图4所示。

       实验过程中，通过控制激光器的功率和光斑形状以及平台移动速率对不同的金属焊接材料的熔池光谱进行了测试和分析，最终发现使用相同形状和功率的激光器，同时焊接速率也相同，结果不同金属材料熔池光谱却有极大的差异性，如图2，图3所示。

图2：激光焊接熔池光谱

图3：激光焊接熔池光谱

图4：激光焊接熔池在线监测实验装置

三、实验装置

       典型配置如下：

四、结语

       光谱分析可以提供焊接在线监测中很多的有益信息，最有价值的一点是其元素信息，焊缝质量同元素成分和含量密切相关。可以预见，对金属蒸汽中的元素含量的深度分析可以帮助进行对不同焊接缺陷的产生进行分析。