熔焊過程的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔焊過程的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，屬于熔焊領(lǐng)域。包括紅外傳感器、高速擺動電機(jī)、紅外反射鏡、透紅外濾光片，將紅外傳感器采集的信號依次傳送到信號調(diào)理電路板，數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。利用上述裝置在熔焊過程中采集焊縫凝固區(qū)域的紅外信號，繪出準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場曲線，并與正常穩(wěn)定的溫度場曲線進(jìn)行比較，可以實(shí)現(xiàn)熔焊的在線質(zhì)量監(jiān)測及焊縫質(zhì)量評估。這種監(jiān)測裝置使用方便，成本低，效率高，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說明】熔焊過程的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熔焊領(lǐng)域，特別涉及一種通過檢測熔焊過程溫度場的熔焊過程的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熔焊，是指焊接過程中，將焊接接頭在高溫等的作用下至熔化狀態(tài)。由于被焊工件是緊密貼在一起的，在溫度場、重力等的作用下，不加壓力，兩個工件熔化的融液會發(fā)生混合現(xiàn)象。待溫度降低后，熔化部分凝結(jié)，兩個工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。熔焊包括了氣焊、電弧焊、電氣焊、等離子弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊，其中常用的熔焊為電弧焊，故本發(fā)明以弧焊為例進(jìn)行介紹。
[0003]電弧焊是利用電弧放電所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并冷凝形成焊縫。影響焊接過程因素眾多，如熔化極氣體保護(hù)焊，電壓、電流不穩(wěn)定、導(dǎo)電嘴磨損、保護(hù)氣體流量不穩(wěn)定或者送絲阻力增加等系列不穩(wěn)定因素，都會影響焊接熱輸入的變化，繼而引起熔深的變化，最終導(dǎo)致未焊透或焊穿等焊縫質(zhì)量問題。不同弧焊過程的監(jiān)測信息很多，例如:焊接電壓、焊接電流、電弧聲波、電弧光譜特征、熔池紅外輻射等與焊縫質(zhì)量相關(guān)的特征信息都可以作為監(jiān)測信號。焊縫的機(jī)械性能很大程度上依賴于冷卻速度，所以，焊件表面溫度場可以為焊縫質(zhì)量的評估提供有效依據(jù)，因此，紅外輻射監(jiān)測是焊接過程監(jiān)測中最直接有效的方法。
[0004]目前，現(xiàn)有的電弧焊監(jiān)測技術(shù)主要有:
采集電弧聲波監(jiān)測技術(shù)，焊接電弧聲波中包含豐富的與電弧行為、熔滴過渡方式、電弧穩(wěn)定性等相關(guān)的信息，由于監(jiān)測設(shè)備復(fù)雜，抗干擾能力差，所以很難應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。
[0005]在C02保護(hù)焊過程中，利用電弧傳感器監(jiān)測電弧自身電流和電壓信號，由于信號易采集，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在特定參數(shù)下反應(yīng)焊接過程的參數(shù)變化與焊接過程穩(wěn)定性的關(guān)系，但是該方法并不能獲得反應(yīng)焊縫質(zhì)量的普適性特征信息。
[0006]紅外熱成像監(jiān)測技術(shù)，從弧焊熔池的正面或背面，獲得溫度場的熱像，經(jīng)過計算機(jī)處理，便可得出瞬態(tài)或動態(tài)過程的真實(shí)溫度場，由于這種測定法需要較復(fù)雜的測定設(shè)備，而且復(fù)雜的圖像處理技術(shù)需要以浪費(fèi)大量時間為代價，所以尚未大量推廣。
[0007]國內(nèi)外的相關(guān)研究大多停留在實(shí)驗(yàn)階段，然而隨著對弧焊焊縫質(zhì)量要求的逐漸提高，現(xiàn)有的監(jiān)測方法很難滿足低成本、高效率的現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的需要，亟待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種熔焊過程的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，其是一種利用紅外傳感器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)對熔焊過程進(jìn)行監(jiān)測的裝置及對焊縫質(zhì)量檢測的方法。
[0009]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
熔焊過程的監(jiān)測裝置，殼體5內(nèi)部的右上角固定設(shè)置高速擺動電機(jī)2，在所述高速擺動電機(jī)2的電機(jī)擺動軸上安裝紅外反射鏡3 ;殼體5內(nèi)部的左下角固定設(shè)置紅外傳感器1，且所述紅外傳感器I的軸線與殼體5下平面成角度一，與紅外反射鏡3平面成角度二，所述紅外傳感器I的探頭平面與紅外反射鏡3的間距為距離一；具體安裝位置同時滿足下述公式:
【權(quán)利要求】
1.一種熔焊過程的監(jiān)測裝置，其特征在于:殼體(5)內(nèi)部的右上角固定設(shè)置高速擺動電機(jī)(2)，在所述高速擺動電機(jī)(2)的電機(jī)擺動軸上安裝紅外反射鏡(3);殼體(5)內(nèi)部的左下角固定設(shè)置紅外傳感器(1)，且所述紅外傳感器(I)的軸線與殼體(5)外平面平行，與殼體(5)下平面成角度一，與紅外反射鏡(3)所在平面成角度二，所述紅外傳感器(I)的探頭平面與紅外反射鏡(3)的間距為距離一；具體安裝位置同時滿足下述公式:
Y = β + π /4 ；
b2 -a2 >d2 ；
a+c=l ；
Tan2a =w/2c ；
c V [ (tan2 a )2+1]-c < dl ; 其中Y為上述角度二，β為上述角度一，a為紅外傳感器探頭平面距離紅外反射鏡的距離一，d為紅外傳感器半徑，I為雙激光紅外傳感器焦點(diǎn)距離，b為入射光線與紅外傳感器探頭平面交點(diǎn)到紅外反射鏡面入射點(diǎn)的距離，c為紅外反射鏡在平衡位置時入射點(diǎn)到焊縫平面的發(fā)射點(diǎn)的距離，w為焊縫寬度，α為電機(jī)擺動角度，dl為紅外傳感器允許斑點(diǎn)測溫距離變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔焊過程的監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的殼體5下底面設(shè)置透紅外濾光片(4)以減少弧光的干擾，所述透紅外濾光片(4)的面積與光路入射面積相配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔焊過程的監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的紅外傳感器1、高速擺動電機(jī)(2)的電纜穿過殼體(5)的左側(cè)分別與信號處理電路板(6)及電機(jī)驅(qū)動器(8)相連，所述的信號處理電路板(6 )與數(shù)據(jù)采集卡(7 )連接，數(shù)據(jù)采集卡(7 )將數(shù)據(jù)傳送至計算機(jī)(9)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動器(8)與計算機(jī)(9)的電機(jī)設(shè)置系統(tǒng)相連。
4.一種利用權(quán)利要求1或2或3所述的監(jiān)測裝置的熔焊過程的監(jiān)測方法，其特征在于:監(jiān)測裝置移動速度與焊接速度同步，保證相對靜止，在熔焊過程中監(jiān)測焊接準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場，通過紅外反射鏡(3)的擺動，掃描焊縫(10)橫向準(zhǔn)`穩(wěn)態(tài)溫度場，依據(jù)焊縫寬度，設(shè)定高速擺動電機(jī)(2)的擺動角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔焊過程的監(jiān)測方法，其特征在于:將紅外傳感器(I)采集到的信號經(jīng)過處理送到計算機(jī)(9)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過時間和溫度范圍作為監(jiān)測信號，繪制出時間溫度曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熔焊過程的監(jiān)測方法，其特征在于:所述的計算機(jī)(9)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置最高溫度點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)的范圍，以及周期對稱性作為評估信號，并且對于不滿足要求的溫度曲線給予報警處理。
【文檔編號】B23K9/095GK103862136SQ201410092828
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】徐國成, 范秋月, 周廣浩, 于鵬, 劉靜 申請人:吉林大學(xué)