一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法，属于测量技术领域。
【背景技术】
[0002]随着技术的进步及对焊接认识的加深，焊接温度场对焊接质量的影响越来越引起大家的重视。
[0003]焊接温度场的测量分为接触式与非接触式两种。接触式缺点较多，测量过程复杂，而且很难同时得到多点乃至全场温度；作为非接触法之一的红外热像仪测温法则能实时地进行温度场观测并一次性获得全场温度信息。
[0004]目前，由于红外测温技术具有非接触、不干扰被测温度场等优点，已在各领域得到广泛的应用。但是，红外测温技术也有其局限性，例如，强烈的弧光干扰使的正面熔池区域温度场的测量准确性难以保证。对此，一般采用挡板或滤波的办法来降低弧光的干扰，这种方法虽然能减小部分干扰，但不能从根本上避免干扰的存在。因此提出一种操作简单、容易实现、可能较准确测量并能模拟整体焊接温度场的综合性测量方法，显得尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述测量方法的不足提出一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法，该方法能够通过对瞬态红外图像和数据处理，模拟出整体焊接温度场，用来指导和改进焊接工作。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现。
[0007]一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法，其特征在于:其步骤如下。
[0008](I)使用红外热像仪测量焊接过程，采集焊接图像和数据。焊接时，使用两台非致冷焦面红外热像仪对焊接过程进行测量，分别得到焊接温度场的红外热像图和数据，保存测得的图像和数据。
[0009](2)利用测量数据建立局部焊接温度场数学模型。把想要测量的某一时刻的焊接温度场数据导入Matlab数学绘图分析软件，得到其三维温度场与二维等温线，建立局部焊接温度场的数学模型，温度场中缺失的温度点暂时空缺。
[0010](3)建立焊接温度回归方程并校正。利用前面测量的两组数据，分别建立以位移为自变量关于温度的回归方程，利用前面通过测量已知的数据，对回归方程进行校正。
[0011](4)利用焊接温度回归方程对无法测量焊接温度点进行预测并验证。使用上步建立的两个回归方程，分别对由于试件表面状态改变、弧光等原因无法测得的焊接温度场温度点进行预测。首先，对红外热像如中无法测量的区域进行网格划分，对网格点上的温度，使用回归方程进行点预测，求得各个点的温度，这样每个点能够求得两个对应的温度，为了数据准确，可把两个数据的平均数作为对应点的数据。
[0012](5)把预测的数据代入步骤2建立的局部焊接温度场数学模型，获得整体焊接温度场数学模型。把预测得到的温度数据，按照温度点位置补充到步骤2建立局部温度场数学模型中去，弥补模型中缺失的温度，建立整体焊接温度场。
[0013]本发明的有效增益为:把实验测量与理论推导相结合，相互验证，操作简单方便；并且使用红外热像仪，技术比较成熟，其数据获得较为容易。通过数据推导，可较为容易、准确的获得整体焊接部位的温度数据，并能建立相应的焊接温度场的数学模型；可操作性强，解决了单纯实验无法获得整体焊接温度场的难题，为以后焊接操作的改进提供了理论基础和技术支撑。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的测量状态示意图。
[0015]图2是本发明中红外热像仪位置图。
[0016]图3是本发明缺失温度点示意图。
[0017]图4是本发明计算T (4，4)温度点示意图。
[0018]图5是本发明的技术方案实施流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面以铝合金焊接瞬态温度场测量为实施例，并结合附图对本发明做详细的介绍。
[0020]铝合金焊接瞬态温度场测量方法，其步骤如下。
[0021](I)如图1、图2所示，首先，在铝合金焊接之前把测量设备正确安装。本实施例中采用焊接铝板为5052型铝板；两台红外热像仪为SAT- HY6000A型红外热像仪；焊机型号为YC- 300WX型TIG焊机。两台红外热像仪分别安装在焊枪两侧，红外热像仪竖直方向距离母材450mm左右，水平方向距离焊缝600mm左右，它们与计算机相连接，计算机则随时对上传的数据进行保存和处理，并且，保持红外热像仪与焊枪的相对位置，随着焊枪的移动，红外热像仪随之移动。
[0022](2)建立铝合金局部焊接瞬态温度场的数学模型。根据需要测量某一时刻的焊接温度场，调用步骤I中红外热像仪测量的数据，由于弧光等干扰，无法测得正面熔池区域温度，如图3所示，T(4, 4)、T(4, 5)、T(5, 4)、T(5, 5)四点温度数据无法准确测量得到。把步骤I中能够测得的焊接温度数据导入Matlab数学绘图分析软件，建立焊接温度场数学模型，因为数据部分缺失，所以只能建立局部焊接温度场的数学模型，缺失的部分即为下面要使用数值模拟得到的。
[0023](3)通过分析步骤I测得的数据，建立回归方程。铝合金焊接温度场的温度主要来自焊枪，而母材上的温度，则主要靠母材自身的传导，所以靠近焊枪和熔池的部分温度较高，随着离熔池距离的增加，温度则越来越低，利用距离与温度的相关关系和前面测量的两组数据，使用计算机可以求出两个非线性回归方程，其中位移为自变量，以求温度点T(4，4)为例，利用T (4，4)所在行的数据和所在列的数据可以建立两个回归方程。求出回归方程后，一方面利用已测的温度点，对方程是否正确进行验证，另一方面，通过计算求出方程的显著性。
[0024](4)温度预测，使用步骤3建立的两个回归方程，分别对由于试件表面状态改变、弧光等原因无法测得的焊接温度场温度点进行预测。同样以T (4，4)点为例，首先，确定T(4，4)温度点与零点的相对位移，然后，把位移带入两个回归方程，求得两个T (4，4)温度，为了数据准确，可把两个数据的平均数作为T(4，4)的数据，同理可以求得T(4，5)、T(5，4)等其它点温度，如图4所示，这一过程通过编程和设定边界条件，可使计算机自动实现。
[0025](5)把上步测得的数据代入前面建立好的局部焊接温度场的数学模型，补充前面数学模型中缺失的温度的部分，这样就得到了某一时刻的整体焊接温度场。
【主权项】
1.一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法，其特征在于:其步骤是: (1)使用红外热像仪测量焊接过程，采集焊接图像和数据； (2)利用测量数据建立局部焊接温度场数学模型； (3)建立焊接温度回归方程并校正； (4)利用焊接温度回归方程对无法测量焊接温度点进行预测并验证； (5)把预测的数据代入步骤2建立的局部焊接温度场数学模型，获得整体焊接温度场数学模型。
【专利摘要】本发明是一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法，包括以下步骤：(1)使用红外热像仪测量焊接过程，采集焊接图像和数据；(2)利用测量数据建立局部焊接温度场数学模型；(3)建立焊接温度回归方程并校正；(4)利用焊接温度回归方程对无法测量焊接温度进行预测并验证；(5)把预测与验证过的数据代入步骤2建立的局部焊接温度场数学模型，获得整体焊接温度场数学模型。本发明利用数值模拟方法能有效消除弧光等对焊接温度场测量的影响，可较准确的预测并模拟瞬态焊接温度场的实际温度场。
【IPC分类】G01J5-00
【公开号】CN104614075
【申请号】CN201510028477
【发明人】付秀丽, 潘延安, 安增辉, 门秀花
【申请人】济南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月21日