连续焊接焊缝监测探头、焊缝监测系统及方法与流程

1.本发明属于连续焊接质量检测技术领域，特别涉及一种连续焊接焊缝监测探头、焊缝监测系统及方法。


背景技术：

2.电子束焊接或者激光复合钢带焊接是将两种材料连续在设备上进行无填料或者有填料焊接的方法。为了保证焊接质量，需要对焊缝进行监测，保证焊缝连续性。
3.现有的焊缝监测方法包括超声波检测方法、涡流检测方法、焊缝图像检测方法、x射线检测方法等，以上所有方法均是对焊缝进行直接检测，因而用到的焊缝监测探头尺寸均需要适应实际焊缝长度，焊缝监测探头体积过大，因而不便于安装在密闭的真空腔中进行实时监测；同时现有所有监测方法需要用到图像处理方法等复杂处理方法，因而成本高昂，技术复杂。


技术实现要素：

4.现有连续焊接焊缝监测探头尺寸均需要适应实际焊缝长度，探头体积过大，因而不便于安装在密闭的真空腔中进行实时监测；同时现有所有监测方法需要用到图像处理方法等复杂处理方法，因而成本高昂，技术复杂。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种连续焊接焊缝监测探头、焊缝监测系统及方法，焊缝监测探头体积小，适用于密闭真空室内的焊接监测，结构简单，成本低廉。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种连续焊接焊缝监测探头，其结构特点是包括支撑座，固设在支撑座内的用于监测连续焊接产生的下焊缝火花光照信号的光电检测单元。
7.连续焊接时会产生下焊缝火花，发明人发现，可以通过观察下焊缝火花的状态来判断焊接是否正常。例如，电子束焊接或者激光焊接焦点的位置不正确，夹具导向不正常，来料有夹杂，来料未清洗干净等各种原因造成的焊接不连续故障，都会通过下焊缝火花的变化体现出来。本发明利用光电检测单元实时监测下焊缝火花光照信号，能够实时监测到下焊缝火花的变化情况，能够实现在线的焊缝质量连续监测。本发明所述焊缝监测探头由于仅需监测下焊缝火花处的光照信号变化，因而体积较小，适用于密闭真空室内的焊接监测。
8.作为一种优选方式，所述光电检测单元包括硅光电池。
9.硅光电池在受到光的射入时，能够产生电流，当下焊缝火花光照信号变化时，硅光电池产生的电流信号也会变化，从而实现对下焊缝火花进行监测，实现连续焊接质量监测。
10.进一步地，所述光电检测单元还包括用于收集聚拢下焊缝火花光照信号的凸透镜，所述凸透镜位于硅光电池与下焊缝火花之间。
11.由于凸透镜聚光，面积较大的下焊缝火花的光照信号照射到面积较小的硅光电池时，由于聚光原因，硅光电池会对下焊缝火花变化的光信号更为敏感，提高了检测精度，检
测结果可靠性高。
12.基于同一个发明构思，本发明还提供了一种连续焊接焊缝监测系统，包括所述的焊缝监测探头、i/u隔离器、电压信号监测器和pc机，所述光电检测单元的输出端依次通过i/u隔离器、电压信号监测器和pc机电连接。
13.借由上述结构，光电检测单元监测到的电流信号经i/u隔离器后转变为电压信号输出，i/u隔离器输出的电压信号由电压信号监测器连续采集并送至pc机实时显示和存储。工作人员可以通过判断观察pc机上的显示结果及时发现焊缝异常情况并做出相关处理。
14.进一步地，还包括用于抽吸光电检测单元与下焊缝火花之间烟尘的离心风机。
15.离心风机可以将光电检测单元与下焊缝火花之间的烟尘抽走，以保护光电检测单元（特别是凸透镜）不被烟尘污染，保证探头的灵敏度。
16.基于同一个发明构思，本发明还提供了一种连续焊接焊缝监测方法，包括以下步骤：步骤一，利用光电检测单元监测连续焊接产生的下焊缝火花的光照信号；步骤二，利用i/u隔离器将光电检测单元输出的电流信号转变为电压信号；步骤三，利用电压信号监测器采集i/u隔离器输出的电压信号，同时电压信号监测器将采集到的电压信号送至pc机；步骤四，在pc机上对采集到的电压信号进行监测：当电压信号稳定时，表明焊接稳定；当电压信号急剧上升并形成上尖峰时，表明出现焊接爆炸现象或焊接速度增加；当电压信号急剧下降并形成下尖峰时，表明焊接速度降低；当电压信号急剧下降并未形成下尖峰时，表明设备的焦点上移；当电压信号急剧上升并未形成上尖峰时，表明设备的焦点下移。
17.本发明通过直接检测连续焊接时产生的下焊缝火花光照信号的连续性，来监测实时焊接质量，简单易行，适合各种连续焊接方式的监测；适用于密闭真空室内的焊接监测；同时结构简单，成本低廉，工作可靠。
附图说明
18.图1为复合钢带焊接示意图。
19.图2为连续焊接产生的下焊缝火花示意图。
20.图3为本发明焊缝监测探头接收下焊缝火花光照信号示意图。
21.图4为本发明焊缝监测系统结构示意图。
22.其中，1为前导向轮，2为第一钢带，3为焊接夹具，4为第二钢带，5为后导向轮，6为熔池，7为焊缝，8为线能量，9为下焊缝火花，10为硅光电池，11为pc机，12为凸透镜的焦点，13为凸透镜，14为支撑座，15为离心风机，16为i/u隔离器，17为电压信号监测器，171为开关型报警单元。
具体实施方式
23.如图1和图2所示，箭头所示方向为焊接运行方向，当进行激光焊接和电子束焊时，在线能量8作用下，熔池6熔融物因为往下流动产生非常强烈的可见光形成下焊缝火花9。第一钢带2和第二钢带4被前导向轮1和后导向轮5夹持以及被上下焊接夹具3夹持后，熔池6一般在同一位置，但由于焊接夹具3的跳动以及第一钢带2和第二钢带4的尺寸差异、外部震动、熔池6位置会水平稍微有变化，这些对下焊缝火花9大小影响不大。当以上这些因素完全得到保证时，需要监测的便是焊接头本身输出的焊接能量的稳定性，焦点位置变化以及焊
接时的异物如水对焊接质量的影响。而当电子束焊接和激光焊接时，焦点的位置极为敏感，因此熔池6上下位置的变动对下焊缝火花9大小影响很明显。而且焊接难焊接材料时，如果钢带2，4上有杂质或者水分，也会对下焊缝火花9大小有明显影响。焊接头本身的问题，比如散焦，焊接能量未能及时传输，同样会对下焊缝火花9大小造成明显的影响。将下焊缝火花9合理监测，就可以间接监测焊缝7的连续性，监测连续焊接质量。
24.如图3所示，本发明连续焊接焊缝监测探头包括支撑座14，固设在支撑座14内的用于监测连续焊接产生的下焊缝火花9光照信号的光电检测单元。所述光电检测单元包括硅光电池10。所述光电检测单元还包括用于收集聚拢下焊缝火花9光照信号的凸透镜13，所述凸透镜13位于硅光电池10与下焊缝火花9之间。
25.如图4所示，本发明连续焊接焊缝监测系统，包括所述的焊缝监测探头、i/u隔离器16、电压信号监测器17和pc机11，所述光电检测单元的输出端依次通过i/u隔离器16、电压信号监测器17和pc机11电连接。连续焊接焊缝监测系统还包括用于抽吸光电检测单元与下焊缝火花9之间烟尘的离心风机15。电压信号监测器17自带开关型报警单元171，链接继电器或者蜂鸣器，当焊接不稳定时报警。
26.在0.6mm~2mm厚度的钢带焊接中，比较集中的下焊缝火花9大概呈现半径为50mm左右的放射状，因此采用直径约为50mm的凸透镜13，然后再将下焊缝火花9的光照信号通过凸透镜13聚拢，（选择凸透镜13时，总的焦距控制在25mm左右，以减小焊缝监测探头的体积，并便于安装）。硅光电池10型号为2du10，其稍微位于凸透镜的焦点12之后，以免由于能量过于集中，造成元器件烧毁）。凸透镜13和硅光电池10安装在一个支撑座14中，并固定在焊接基座上。凸透镜13位于下焊缝火花9的一侧并保持与下焊缝火花9至少300mm以上的距离。在凸透镜13和下焊缝火花9之间安装一个离心风机15（非真空焊接时）或者设吸风口，这样可以保持焊接烟尘不污染凸透镜13，造成探头测量失灵。
27.不同焊接参数和焊接材料，其稳定焊接时收集的稳定电流是不一样的。针对规格为27mm,0.9mm厚度的双金属带锯条焊接，硅光电池10收集到焊接的光信号时，其电流幅度在0~6ma的幅度变化，会出现以下几种情形：
28.焊接稳定时，电流在4ma左右。
29.焊接爆炸时（因为有水、油等污染物），造成下焊缝火花9急剧增大，电流急剧上升，形成电流尖峰。
30.当设备的焦点上移（由于钢带跳动或者设备本身抖动引起）时，下焊缝火花9突然变小，电流急剧降低。
31.当设备的焦点下移（由于钢带跳动或者设备本身抖动引起）时，下焊缝火花9突然变大，电流急剧上升。
32.当焊接速度突然上升或下降（由于牵引设备等原因造成速度降低）时，熔融物增加，下焊缝火花9变大或变小，电流突然变大或变小，形成上下尖峰。
33.硅光电池10监测到的电流值经i/u隔离器16、电压信号监测器17后送至pc机11监测显示，工作人员根据数据变化情况可以得知下焊缝火花9的变化情况，进而得知焊缝7是否连续，保证焊接质量。
34.本发明连续焊接焊缝监测方法包括以下步骤：
35.步骤一，利用光电检测单元监测连续焊接产生的下焊缝火花9的光照信号。
36.步骤二，利用i/u隔离器16将光电检测单元输出的电流信号转变为电压信号。
37.步骤三，利用电压信号监测器17采集i/u隔离器16输出的电压信号，同时电压信号监测器17将采集到的电压信号送至pc机11实时显示和存储。
38.步骤四，在pc机11上对采集到的电压信号进行监测：当电压信号稳定时，表明焊接稳定；当电压信号急剧上升并形成上尖峰时，表明出现焊接爆炸现象或焊接速度增加；当电压信号急剧下降并形成下尖峰时，表明焊接速度降低；当电压信号急剧下降并未形成下尖峰时，表明设备的焦点上移；当电压信号急剧上升并未形成上尖峰时，表明设备的焦点下移。
39.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。