专利名称：等离子弧焊接熔深的检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于等离子弧焊接的，更具体地说，本发明是关于等离子弧焊接熔深的检测方法及其装置，属于等离子弧焊接的检测技术。
背景技术：
利用小孔效应实现等离子弧焊接的方法称为小孔等离子弧焊，也称穿透型焊接法。它的优点在于焊接质量好，温度高，能量密度大，电弧的挺直性好，在中厚板对接焊缝焊接时，不用开坡口就可实现单道焊接双面成型。由于等离子弧焊接质量与焊接的熔深、熔透情况密切相关，因此，在等离子弧焊接质量控制中，焊接熔透、熔深的检测是非常重要的。为此，有人提出了从正面检测等离子弧焊接熔透情况的金属探针检测方法和装置，该检测装置包括金属检测器、电阻和直流电源等。在检测等离子弧焊接熔透情况时，将探针置于焊炬运动方向相反一方的适当位置，当焊炬向前运动，工件未熔透时，等离子弧与工件作用，将产生等离子弧的反射(或称等离子弧的反翘)，反射的等离子弧与探针接触，与电源和电阻形成回路，则有电流流过电阻；如果工件熔透则无反射的等离子弧，检测回路中无电流流过；通过检测回路中电流的有无来判断等离子弧焊接的熔透情况。该检测方法简便、实用，可以检测等离子弧“小孔”模式焊接的熔透情况，但是不能用于准确检测非熔透型等离子弧焊接的熔深，而且其检测装置需要直流电源，造价相应较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子弧焊接熔深的检测方法及其装置，该方法可以通过检测等离子弧焊接中等离子弧反翘(或称反射的等离子弧)的角度来检测等离子弧焊接的熔深；其检测装置为无电源探针检测装置，结构简单、使用方便可靠。
本发明是通过下述技术实现的一种等离子弧焊接熔深的检测方法，该方法包括采用有源探针检测器和无源探针检测器；检测时将焊炬与传感器的探针同时固定在焊机的行走机构上，保持同步移动，对等离子弧焊接过程中的等离子弧反翘角度进行检测，其特征在于根据检测等离子弧反翘的角度来确定等离子弧焊接的熔深；焊接条件一定，等离子弧反翘的角度与等离子弧焊接的熔深大小有确定的关系，一般地，反翘的角度越大，熔深越大。
上述的检测方法，采用的探针可以是1根，也可以是3～7根的多探针；采用1根探针往往需要旋转扫描装置，探针在扫描装置的带动下，不断变换检测角度，当检测装置检测到最大电压值时，相应探针与焊炬中心线的夹角即为等离子弧反翘的角度；而采用多根探针则不需要扫描装置，当多根探针中的一根探针检测电压为最大值时，该探针与焊炬中心线的夹角即为等离子弧反翘的角度。
本发明检测等离子弧焊接熔深的装置是无源探针检测装置，该装置由金属探针、并联连接的电阻和电容构成，并联电阻和电容的一端接金属探针，另一端接焊接工件并接“地”。
无源探针传感器检测的原理是在等离子弧焊接中，如果产生等离子弧的反翘，浸入到电弧反翘内的探针与工件之间存在着电位差，通过并联电阻和电容可以检测其电位差，而探针位于电弧反翘内的位置不同，其检测到的电压不同，当探针位于电弧反翘中心轴线位置时，其检测电压最大，此时也就是检测到了电弧反翘的角度。
上述的检测装置中的电阻的阻值为1MΩ～9MΩ、电容值为0.001μF～0.1μF、探针采用高温合金材料，探针直径为1mm～3mm，长度为250mm～400mm。
本发明与现有技术相比，有如下特点和有益效果1.能方便地从工件正面实时检测到等离子弧焊接的熔深情况；2.检测方便，可靠实用，可以用于等离子弧焊接熔深的闭环控制；3.检测装置无需外接电源；4.检测装置结构简单、易于制造、成本低。
图1本发明实时检测等离子弧焊接熔深的原理示意图；图2是采用单探针实施本发明等离子弧焊接熔深检测的示意图；图3和图4是采用3探针实施本发明等离子弧焊接熔深检测的示意图。
图中，1为金属探针，2为电阻，3为电容，4为工件，5为焊炬，6为等离子弧，7为等离子弧的反翘。
具体实施例方式采用上述结构的无源探针传感器，实施对4mm以上板厚等离子弧焊接熔深的检测。检测时，探针位于工件4运动方向的同一侧，探针前端点到焊炬5中心垂直线与工件表面交点之间的距离为7～14mm之间，探针与焊炬5中心垂直线的夹角在0～75度之间。当工件4向前移动时，如果工件没有熔透，探针将浸入等离子弧反翘中，电阻和电容两端将检测到探针与工件之间的电压，该电压的最大值可以达到1.5V以上。
如图1所示，本发明中采用的金属探针材料为铈钨棒，其直径是1mm～3mm，长度为200mm～300mmmm，电阻为1MΩ～9MΩ，电容为0.001μF～0.1μF。
本发明检测等离子弧焊接熔深方法及其装置的实施例阐述如下第一种实施例利用单探针的无源探针检测装置进行等离子弧焊接熔深检测时(如图2所示)，将探针1前端点到焊炬5中心垂直线与工件4表面交点之间的距离调节到7～14mm之间；在焊接过程中采用一旋转扫描装置不断转动探针，变换探针与焊矩中心垂线的夹角，检测并联电阻和电容两端的电压，当电压值V0出现最大值时，此时探针与焊炬中心垂线的夹角即为等离子弧反翘的角度，此反翘的角度对应着该焊接条件下的熔池熔深；当检测到的等离子弧反翘的角度增大，表明焊接熔深变深，当检测到的等离子弧反翘的角度减小，表明焊接熔深变浅，可以通过调整焊接工艺参数，保证焊接过程中等离子弧反翘角度不变，从而保证等离子弧焊接熔深不变；第二种实施例采用3根探针的无源探针检测装置进行等离子弧焊接熔深检测时(如图3所示)，则要保持三个探针处于同一个平面(该平面与工件所在平面垂直)内相对位置不变，每个探针的前端点到焊炬中心垂直线与工件表面交点之间的最小距离为7mm，最大距离为14mm；在焊接过程开始阶段不断转动探针组，变换探针与焊矩的中心垂线夹角，检测并联电阻和电容两端的电压，当中间探针检测电压值V0为最大值时，此时中间探针与焊炬5中心垂线夹角即为等离子弧反翘的角度，此反翘角度对应着该焊接条件下的熔池熔深，此时固定探针组位置，进行焊接过程中焊接熔深的实时检测，在正常焊接中，中间探针及其检测电阻、电容两端的检测电压V0一直为最大值，而其它两个探针及其电阻和电容两端检测电压V1、 V2较低，；当熔深变小时(图4所示)，则最下面的探针及其电阻和电容两端检测电压V1为最大值，而其它两个探针及其电阻和电容两端检测电压V0、V2较低；当熔深变大时，其原理相同，只是最上面的探针及其电阻和电容两端检测电压V2为最大值，而其它两个探针及其电阻和电容两端检测电压V0、V1较低；根据三个探针及其检测电阻、电容两端检测电压的变化，可以实施焊接工艺参数控制，保证焊接过程中等离子弧反翘角度不变，从而保证焊接熔深不变。
权利要求
1.一种等离子弧焊接熔深的检测方法，该方法包括采用有源探针检测器和无源探针检测器，检测时将焊炬与检测装置中的探针同时固定在焊机的行走机构上，保持同步移动，对等离子弧焊接过程中的等离子弧反翘角度进行检测，其特征在于根据检测等离子弧反翘的角度来确定等离子弧焊接的熔深；焊接条件一定，等离子弧反翘的角度与等离子弧焊接熔深的大小有确定的关系，一般地，反翘角度越大，熔深越大。
2.根据权利要求1所述的等离子弧焊接熔深的检测方法，采用的探针可以是1根，也可以是3～7根的多探针；其特征是，采用1根探针往往需要旋转扫描装置，探针在扫描装置的带动下，不断变换检测角度，当检测装置检测到最大电压值时，相应探针与焊炬中心线的夹角即为等离子弧反翘的角度；而采用多根探针则不需要扫描装置，当多根探针中的一根探针检测电压为最大值时，该探针与焊炬中心线的夹角即为等离子弧反翘的角度。
3.一种实现根据权利要求1所述的等离子弧焊接熔深的检测方法的检测装置，其特征是无源探针检测装置，该装置由金属探针、并联连接的电阻和电容构成，并联电阻和电容的一端接金属探针，另一端接焊接工件并接“地”。
4.按权利要求3所述的等离子弧焊接熔深的检测装置，其特征是电阻的阻值为1MΩ～9MΩ、电容值为0.001μF～0.1μF、探针采用高温合金材料，探针直径为1mm～3mm，长度为250mm～400mm。
全文摘要
本发明公开了一种等离子弧焊接熔深的检测方法及其装置，检测方法包括单探针法和多探针法；单探针法是以检测装置检测到最大电压值时，探针与焊炬中心垂线夹角确定为等离子弧反翘的角度，该反翘角度与焊接熔深相对应；多探针法是以探针组中测得最大电压值的探针与焊炬中心垂线夹角确定等离子弧反翘的角度，该反翘角度与焊接熔深相对应；本发明提出的无源探针检测装置由探针、并联连接的电阻和电容构成，并联电阻和电容的一端接金属探针，另一端接焊接工件并接“地”。本发明的优点在于检测方便，能够进行等离子弧焊接熔深的实时检测和控制；检测装置结构简单，造价低，使用可靠。
文档编号B23K37/00GK1486814SQ0313056
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月14日 优先权日2003年8月14日
发明者胡绳荪, 单平, 易小林, 罗震 申请人:天津大学