Vad är DATLAS?

LASER

Processövervakning

Höghastighetsfilmning

Svetscase

Publikationer

Länkar

 

 

 

 

 

    

 

Processövervakning

 

Processövervakning vid lasersvetsning kan indelas i tre områden kring processtället:

 

  1. Före svetsstället
  2. I svetspunkten
  3. Efter svetsstället

 

Före svetspunkten kan man detektera var fogen finns och styra utrustningen så att laserstrålen alltid hamnar mitt i fogen (eller där man önskar) genom fogföljjning. Med vanliga utrustningar för fogföljning kan man också mäta storleken på spalter och eventuell mis-match etc. Den informationen kan sedan användas för att styra processen. Triangulering används också för att kunna positionera laserstrålens fokalpunkt på arbetsstyckes yta eller där man önskar.

 

I svetspunkten så detekterar man emissionerna från processen. Vanligen så tittar man på plasmabildningen eller strålning från metallånga samt temperatur och tillbakareflekterad laserstrålning. Signalerna analyseras och man kan få ett svar på om signalen ligger utanför förutbestämda nivåer, vilket kan indikera att svetsen har defekter.

 

Efter svetsen kan fogens geometrier mätas upp och dokumenteras. Även ytliga fel som synliga porer kan detekteras ner till en storlek av 0.1mm

Detta avsnitt innehåller ett begränsat urval av artiklar som har publicerats inom området.

  1. Norman P. et al. State-of-the-art of Monitoring and Imaging of Laser Welding Defects
  2. Kessler, B. On-line Quality Control in High Power Laser Welding
  3. Wiesemann,W. Process monitoring and closed-loop control
  4. ….

 I DATLAS projektet har vi använt utrustning för processövervakning tillverkad av Precitec KG i Tyskland. Det är en s.k. Laser Welding Monitor (LWM) som använder foto-dioder som sensorer. Utrustning analyserar och dokumentera signalerna och kan ge svar på om dessa faller inom ramen för hur mycket de kan variera för att ge en godkänd svets. Systemet larmar on signalerna ligger utanför den gränser som har angivits.

Övervakningssystemet bygger på två eller tre fotodioder som mäter i olika våglängdsområden. R-sensorn som mäter 1064nm ljus används enbart vid svetsning med Nd:YAG laser. R-sensorn skall ge en bild av hur geometrin på nyckelhålet ser ut. T-sensorn registrerar ljus i NIR / IR området och tanken är att den skall ge en signal baserad på ljuset som emitteras från smältan. Därför finns det möjlighet att montera en apertur som bländar av tex nyckelhålet. Denna möjlighet har dock inte använts under detta projekt. P-sensorn registrerar ljus i VIS och UV området. Alla sensorerna ger en signal mellan 0 och 10. Det finns möjlighet att ställa om förstärkningen om signalvärdet blir för stort eller om signalen är svag. Vid svetsning med CO2 används endast T-sensor och P-sensor.

Vid svetsning med Nd:YAG brukar det inte bildas plasma eftersom ångan från nyckelhålet inte absorberar så mycket av strålningen utan håller en relativt låg temperatur. Detta gör att ångan emitterar ljus som en svartkroppstrålare på samma sätt som nyckelhålet och smältan. Detta gör att ett typiskt våglängdsspektra ser ut ungefär som i denna bild.

 

Som synes så är den enda tydligt definierade "peek" i spektrat Nd:YAG ljuset som reflekteras tillbaka. I övrigt kommer svartkropps strålningen att dominera totalt.

För att få en uppfattning om hur stor del av P-signalen och T-signalen som kommer från smälta, nyckelhål och ånga har ett experiment utförts.

Genom att använda pulsad svetsning med en duty cycel på 50% så blir det en svets med en ganska stor smälta. Pulslängden på 10ms gör att nyckelhålet hinner etablera sig, men när lasern stäng av kollapsar nyckelhålet och ångan försvinner. Detta gör att det är möjligt att uppskatta de tre komponenternas bidrag till T-sensorn och P-sensorn.

Detta är ett utklipp ur mätsignalen från svetsningen alldeles från början. Detta gör att alla signaler faller till noll när lasern stängs av. När lasern startas igen går samtliga signaler upp igen.   Film av svetsningen

Efter en stunds svetsande har en smälta bildats och detta gör att signalvärdet på T-sensorn ökar. Dock är ökningen större under laser OFF perioden än under laser ON perioden.  Film med smälta

Likheten i variation mellan T-signal och P-signal är slående. Dessutom finns det en märkbar likhet med storleken på ångmolnet ovanför nyckelhålet. Genom att extrahera ångans intensitet från filmens bilder och sedan summera intensiteten ovanför nyckelhålet så kan man jämföra variationerna mellan film och sensorsignaler. Eftersom kamerans CCD har bottnat i nyckelhålet är det omöjligt att direkt beräkna bidraget därifrån. Men P-sensorn går mot noll när lasern är avslagen och borde således inte ge någon signal alls från smältan.

     

Genom detta experiment kan man dra slutsatsen att med dessa svetsparametrar så kommer ca halva signalvärdet till P-sensorn att vara en representation av nyckelhålet. Den andra halvan är från ångan ovanför nyckelhålet.

T-sensorn har i detta experiment ca en tredjedel från var och en av smälta, nyckelhål och ånga.

Beroende på svetsparametrar och inställning av skyddsgas så kommer ångmolnet att ändra storlek och form. Detta kommer att ändra proportionerna mellan nyckelhål, smälta och ånga i signalerna. Detta gör det omöjligt att dra generella slutsatser om bidragen från de tre olika komponenterna. Men det går definitivt säga att i T-sensorsignalen och P-sensorsignalen så står ångan för en mycket stor del av variationerna.

 

 

 

 

Frågor skickas till: Ingemar   20091008