一种未焊透的实时监测系统的制作方法

本实用新型涉及焊接监测技术领域，特别是涉及一种未焊透的实时监测系统。

背景技术：

由于焊接过程经常受到来自各种因素的影响，焊缝中有时不可避免地会出现裂纹、气孔、夹杂、未熔合、未焊透等缺陷。其中未焊透是最常见而又最严重的焊接缺陷之一。GB 6417—1986《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》对未焊透进行了定义：未焊透为在焊接时接头的根部未完全熔透的现象。

一方面，未焊透减少了焊缝的有效截面积，破坏了焊接接头的连续性，使焊接接头的强度下降；另一方面，在焊缝未焊透的尖角部位容易产生应力集中，严重降低了焊缝的疲劳强度，使之可能成为裂纹源，从而造成对焊缝的破坏。因此，为了保证焊接构件的产品质量，国家规定必须对焊缝质量进行有效的检测，其中，对未焊透缺陷的检测尤为重要。

现有技术中，可以通过射线、超声、磁粉、渗透、电磁等无损检测方法实现未焊透的检测。但是，现有检测方法均是在焊接好的焊件上进行，也即需要在焊接后进行，无法在焊接过程中实时对焊接接头是否存在未焊透的缺陷进行监测。这种焊接后的检测无法及时发现未焊透缺陷，也就无法及时调整焊接参数，增加了焊接的经济成本和时间成本。

因此，如何设计一种未焊透的实时监测系统，以便在焊接过程中对未焊透缺陷进行实时监测，以及时调整参数避免未焊透缺陷的产生，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种未焊透的实时监测系统，能够在焊接过程中对未焊透进行实时监测，以及时调整参数，避免未焊透缺陷的产生，进而提高焊缝合格率，降低经济和时间成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种未焊透的实时监测系统，包括信号连接的测温件和判定器，所述测温件用于检测待测点的实时温度值，所述判定器中预存有所述待测点焊透时对应的温度门槛值，用于根据所述实时温度值是否低于对应的所述温度门槛值判定是否存在未焊透缺陷。

本实用新型的实时监测系统，选取了待测点，然后检测该待测点的实时温度值，并与该待测点焊透时的温度门槛值进行对比，以根据实时温度值是否低于温度门槛值判定是否存在未焊透缺陷。可见，本实用新型能够在焊接过程中对待测点的温度进行实时检测，以及时与焊透时的温度门槛值对比，如果实时温度值低于温度门槛值，则说明存在未焊透缺陷，可以及时调整焊接参数，以避免焊接形成的成品存在未焊透缺陷，进而避免瑕疵品的产生，提高焊缝合格率，有效指导焊接过程，降低经济和时间成本。

可选地，还包括与所述判定器信号连接的指示器，用于指示监测结果。

可选地，所述指示器包括用于显示监测结果的显示器，以及对焊接缺陷和/或数据无效进行报警的报警器。

可选地，当具有两个以上所述待测点时，所述判定器根据各所述实时温度值与对应的所述温度门槛值的比较结果，判定是否存在其他焊接缺陷；所述报警器包括对未焊透缺陷进行报警的第一报警件，以及对其他焊接缺陷和数据无效进行报警的第二报警件。

可选地，还包括控制装置，与所述测温件信号连接。

可选地，所述控制装置还与焊接机和所述判定器信号连接。

可选地，所述控制装置还与变位机信号连接，所述变位机设有用于固定待测焊件的工作台。

附图说明

图1为本实用新型所提供实时监测系统所采用的实时监测方法在一种具体实施方式中的流程示意图；

图2为图1所示实时监测方法中焊接熔池以及待测点的分布示意图；

图3为图1所示实时监测方法中待测点的温度分布示意图；

图4为本实用新型所提供实时监测系统在一种具体实施方式中的结构示意图。

图1-4中：

焊接熔池R、待测线L、焊接机、复合焊枪a1、焊接机器人a2、激光器电源a3、保护气a4、脉冲焊机a5、变位机b、测温件c、控制装置d、判定器e、中心测温点s、第一热传导测温点d1、第二热传导测温点d2。

具体实施方式

本实用新型提供了一种未焊透的实时监测系统，能够在焊接过程中对未焊透进行实时监测，以及时调整参数，避免未焊透缺陷的产生，进而提高焊缝合格率，降低经济和时间成本。

以下结合附图，对本实用新型进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本实用新型的技术方案。

本文所述的第一、第二等词仅为了区分结构相同或类似的不同部件，或者相同或类似的不同结构，不表示对顺序的特殊限定。

如图1所示，本实用新型提供了一种未焊透的实时监测系统所采用的实时监测方法，包括以下步骤：

S1：选取待测线L，在焊接接头的焊接熔池R的前端、与焊接熔池R存在第一预定距离的位置选取一条线作为待测线L，该待测线L可以为垂直于焊缝中心线的直线；

S2：在待测线L上，选取焊缝中心线与该待测线L的交点作为中心测温s，该中心测温s形成一个待测点；

S3：在待测线L上，以中心测温s为参照，在中心测温s的两侧选取与中心测温s相距第二预定距离的两个点作为热传导测温点，热传导测温点关于中心测温s对称设置，并形成两个待测点；

S4：选取焊接测试板，该焊接测试板与待测焊件的材料和厚度相同；

S5：采用与待测焊接相同的焊接方法和焊接工艺对焊接测试板进行焊接，并在焊接过程中测量刚好焊透时待测线L的温度分布；

S6：由温度分布提取中心测温s和热传导测温点的温度值，作为对应的温度门槛值，分别记为中心温度门槛值Ts和热传导温度门槛值Td；

S7：获取中心测温s和热传导测温点的实时温度值；

S8：判断中心测温s的实时温度值是否低于中心温度门槛值Ts，并且热传导测温点的实时温度值是否低于热传导温度门槛值Td，均为是，则执行步骤S11，否则执行步骤S9：

S9：判断是否中心测温s的实时温度值高于中心温度门槛值Ts、且热传导测温点的实时温度值高于热传导温度门槛值Td，是则执行步骤S12，否则执行步骤S10；

S10：指示存在未焊透以外的其他焊接缺陷或者数据无效；

S11：指示存在未焊透缺陷；

S12：指示不存在未焊透缺陷，待测焊件已经焊透。

在步骤S1中，焊接熔池R是指在焊接热源作用下，焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分，熔池结晶后形成焊缝。焊接熔池R的前端是指，在焊接过程中，以液态金属的流动方向即焊接熔池R的推移方向为前方，待测焊件处于焊接熔池R前方的部分即为前端，或者说前端是焊接熔池R扩散方向的端部；以最终形成焊缝的延伸方向为前后方向，在前后方向上，以焊接熔池R的推移方向为前。

其中，待测线L应处于第一预定距离范围内，以准确反映焊接状态；随着焊接进程的推进，待测线L会随着焊接熔池R沿焊缝方向的向前推移而向前移动。待测线L可以为曲线或者直线，本实施例中，待测线L可以为直线，还可以垂直于焊缝中心线，焊缝中心线前后延伸。第一预定距离可以为5～10mm，即待测线L为距焊接熔池R的前端边缘第一预定距离的未熔化区域内。

第一预定距离可以根据焊接熔池R的大小以及推移速度等进行确定，不限于上述范围。可以理解的是，当第一预定距离处于上述范围时，距焊接熔池R的边缘5-10mm处的未熔化区域内，待测线L的温度直接受焊接热源在焊接熔池R中热输入量的影响，所以，通过测待线上各待测点的温度可以推断焊接的热源在焊接熔池R的热作用情况。

在步骤S2中，中心测温s的温度最能够反映焊接情况，可以选取焊缝中心线上的一个点作为中心测温s，以有效监测焊接情况，进而确定是否存在未焊透的情况。该中心测温s可以反映焊接过程中热源在焊缝中心的热作用是否足够，由此判断焊缝中心的焊透情况。

在步骤S3中，还可以选择两个热传导测温点作为待测点，以便与中心测温s相互印证，更准确地判断是否存在未焊透缺陷。热传导测温点可以根据需要选择，不限于两个；通常，处于中心测温s两侧的对称点均可以同时作为热传导测温点，但是，也可以在中心测温s的两侧选择任意点作为热传导测温点，不限于关于中心测温s对称的方式进行选择。

该热传导测温点用于反映焊接过程中，热源在焊接熔池R中的热传导作用是否良好，进而判断焊透情况。

热传导测温点与中心测温s的距离为第二预定距离，该第二预定距离小于焊缝宽度的一半，可以为1/5～1/4个焊缝宽度，以保证热传导测温点所对应的焊接熔池R不超过坡口尺寸，充分表明焊接热源的热量在焊接熔池R中的三维热传导效果。根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配形成一定几何形状的沟槽，称为坡口；根据需要，坡口可以为K型、V型或U型等。焊接时，坡口作为焊接熔池R的主要承载空间，在选择热传导测温点时，如果距中心测温s的第二预定距离控制在1/5～1/4个焊缝宽度，被选定的热传导测温点通常会处于坡口尺寸范围内，处于焊接熔池R向前推移时坡口的填充路径上；根据该标准选取热传导测温点，可以准确反应焊透情况。

在步骤S4和S5中选择与待测焊件材料、厚度相同的板作为焊接测试板，并以相同的焊接方法和焊接工艺对焊接测试板进行焊接，以更好地反映待测焊件的焊接情况，使得测量得到的温度分布更加接近于待测焊件在待测线L的温度分布。

结合图2和图3，本实用新型中，为便于区分，可以将处于中心测温s的两个热传导测温点分别记为第一热传导测温点d1和第二热传导测温点d2；温度分布具体可以为温度曲线，该温度曲线以距离焊缝中心线的距离为横坐标，以温度为纵坐标。

在步骤S6中，获取热传导温度门槛值Td时，可以根据中心测温s的横坐标找到温度分布上对应的点，然后找该点对应的纵坐标，记为中心温度门槛值Ts；同理可以提取热传导温度门槛值Td。

该热传导温度门槛值Td和中心温度门槛值Ts均是指焊接测试板刚好熔化时，分别对应的待测线L上热传导测温点的温度值，以及中心测温s的温度值。所谓门槛值就是指到达该温度值时才能够焊透，低于该温度值则不能够焊透，即焊透要求的最低温度值。

以设置关于中心测温s对称的第一热传导测温点d1和第二热传导测温点d2为例，为提高热传导温度门槛值Td的准确性，可以取第一热传导测温点d1和第二热传导测温点d2所对应温度值的平均值作为两者的热传导温度门槛值Td，以更准确地反映热传导的情况。

通过试验测得：不同焊接工艺下，钢的中心温度门槛值Ts为900℃～950℃之间，热传导温度门槛值Td为380℃～430℃之间；铝的中心温度门槛值Ts为400℃～420℃之间，热传导温度门槛值Td为285℃～315℃之间。

如上文所述，当热传导测温点不对称时，可以选择热传导测温点关于中心测温s的对称点作为参考点，并由温度分布提取热传导测温点以及参考点的温度值，取两个温度值的平均值作为热传导测温点的热传导温度门槛值Td。

在步骤S7中，中心测温s和热传导测温点的实时温度可以分别即为中心实时温度值ts和热传导实时温度值td，也可以按照步骤S6给出的方式获取，即获得温度分布，然后由温度分布上直接提取或取平均值。

在步骤S8中，将依照步骤S4-S6获得的中心温度门槛值Ts与依照步骤S7获得的中心实时温度值ts进行比较，并将依照步骤S4-S6获得的热传导温度门槛值Td与依照步骤S7获得的热传导实时温度值td进行比较：

若t_s＜T_s且t_d＜T_d，则判定焊接存在未焊透的情况，执行步骤S11,指示存在未焊透缺陷，还可以发出存在未焊透缺陷的报警信号；

若t_s≥T_s且t_d≥T_d，则判定焊接无未焊透缺陷，执行步骤S12，指示不存在未焊透缺陷，待测焊接已经焊透；

若t_s≥T_s但t_d＜T_d，或t_s＜T_s但t_d≥T_d，则判定焊接存在其他焊接缺陷，或者所测得的数据无效，按照步骤S10发出指示，还可以发出存在其他焊接缺陷或数据无效的报警信号。

在步骤S10和步骤S12中需要发出报警信号时，可用警报灯颜色作为不同的报警信号，对焊接缺陷或数据无效进行报警；当存在焊接缺陷时，还可以控制焊接机停止工作，以便及时对焊接参数进行调整，避免焊接缺陷的产生。试验证明，本实用新型对焊接接头的未焊透判定的置信度可达95％以上。

在上述基础上，本实用新型可以按照步骤S1-S3选择待测点，本领域技术人员应该可以理解，待测点也可以按照其他方式选取，待测点的个数甚至可以为一个，也就是说，本领域技术人员可以根据需要选取至少一个点作为待测点。

同时，关于待测点的选取，可以直接选取各个独立的点作为待测点，而无需首先选取待测线L；但是，可以理解的是，待测线L的选取可以便于温度的实时检测以及温度门槛值的获取，提高检测精度和效率。

而且，当按照步骤S1-S3选择待测点时，中心测温s可以表示热源在焊缝中心线上的接触传导情况，热传导测温点可以表示热传导的情况，进而通过中心测温s和热传导测温点的配合实现对未焊透的有效监测。

此外，关于温度门槛值的获取，可以按照步骤S4-S6获取，也可以按照其他方式，甚至可以直接测量得到各待测点的温度门槛值，无需获取温度分布。但是，采用通过温度分布提取温度门槛值时，可以提高提取的准确性和精度。

再者，关于实时温度值和温度门槛值的获取顺序可以不受上述实施例的限制，本领域技术人员可以根据需要进行设置。

另外，上述步骤S8-S12的执行顺序可以不受限制，甚至可以同时执行，无需按照上述顺序依次执行。

如图4所示，本实用新型提供了一种未焊透的实时监测系统，包括信号连接的测温件c和判定器e，测温件c用于检测待测点的实时温度值，可以为在线式红外测温仪，用于实时检测处于焊接熔池R前端的待测线L的温度分布，以便于提取实时温度值和温度门槛值；判定器e中预存有待测点焊透时对应的，并实时比较所述实时温度值与对应的所述温度门槛值，以根据实时温度值是否低于对应的温度门槛值判定是否存在未焊透缺陷；当实时温度值低于温度门槛值时，则判定存在未焊透缺陷。

本文所述的信号连接是指以有线或者无线实现信号交互传递的一种连接方式。

本实用新型的实时监测系统还可以包括与所述判定器e信号连接的指示器，用于指示监测结果，该监测结果包括是否存在未焊透缺陷，是否存在其他焊接缺陷，以及检测的数据是否有效等。

根据监测结果，指示器可以包括显示器和报警器，其中，显示器用于显示监测结果，报警器用于发出报警信号，如存在未焊接缺陷的报警信号，存在其他焊接缺陷的报警信号，以及数据无效的报警信号。报警信号具体可以为声光电的任意一种或者任意组合。

如上文所述，当具有两个以上待测点时，判定器e还可以根据各待测点的实时温度值与对应的温度门槛值的比较结果，判定是否存在其他焊接缺陷，具体参照上文的实时监测方法执行。

当存在不同的监测结果时，报警器可以包括第一报警件和第二报警件，其中，第一报警件用于对未焊透缺陷进行报警，第二报警件对其他焊接缺陷和数据无效进行报警。根据报警信号的不同，第一报警件和第二报警件可以选用不同的结构形式，如报警灯、警鸣器等。

再者，本实用新型还可以包括控制装置d，该控制装置d与测温件c信号连接，以控制测温件c进行实时测温。

此时，该控制装置d还与焊接机和判定器e信号连接，以便在监测到焊接缺陷时控制所述焊接机停止工作。当监测到焊接缺陷时，判定器e将监测结果传递给控制装置d，控制装置d接收信号后控制焊接机停止工作；此时，还可以根据监测结果调整焊接参数，以弥补或克服焊接缺陷。

具体地，焊接机可以为脉冲激光焊接机，可以包括复合焊枪a1、焊接机器人a2、激光器电源a3、保护气a4和脉冲焊机a5。

该控制装置d还可以与变位机b信号连接，变位机b用于固定待测焊件，设有用于固定待测焊件的工作台，控制装置d可以控制变位机b，以使得变位机b改变工作台的位置，进而将待测焊件定位在便于焊接的最佳位置，以便于焊接机进行焊接，提高焊接质量。

需要说明的是，控制装置d、焊接机、变位机b、测温件c以及判定器e均可以参照现有技术进行设置，此处不再对各个部件的结构进行详细说明。

以上对本实用新型所提供未焊透的实时监测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。