一种焊接设备的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种焊接设备，包括焊机装置和变位机；还包括：测温装置，用于测量焊接过程中，待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的实际温度数据；预警装置，其预存有焊透状态下焊接接头的焊接熔池前端未熔化区域的标准温度数据；与测温装置通信连接，以根据实际温度数据与标准温度数据的对比实现未焊透预警；控制装置，其与测温装置、焊机装置及变位机通信连接，用于调整测温装置、焊机装置的焊枪及工作台三者的相对位置，以使焊枪对待测焊件焊接的同时，测温装置能够实时监测待测焊件的焊接熔池前端的实际温度数据。该焊接设备能够在焊接时，实时监测焊接接头是否存在未焊透缺陷，以及时调整焊接参数，确保焊接质量。
【专利说明】
一种焊接设备
技术领域
[0001]本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种焊接设备，能够实时监测焊接接头未焊透缺陷。
【背景技术】
[0002]焊接作为一种基本工艺方法，广泛应用于航空航天、舰船、桥梁、机械、冶金、能源、石油化工、建筑等行业。由于焊接过程经常受到来自各种因素的影响，因此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。
[0003]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。
[0004]未焊透缺陷会产生下面两个问题:其一，减少了焊缝的有效截面积，破坏了焊接接头连续性，使焊接接头的强度下降；其二，在焊缝未焊透尖角部位容易产生应力集中，严重降低了焊缝疲劳强度，使之成为裂纹源的机率增加，从而对焊缝造成破坏。
[0005]因此，为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。
[0006]目前，未焊透缺陷的检测方法多为射线、超声、磁粉、渗透、电磁等无损检测方式，但是这些检测方法均是在焊接好的焊件上进行，也就是说，在焊接完成后进行，这样，若检测出存在未焊透现象，还需重新焊接，这样就增加了焊接的经济成本和时间成本。
[0007]有鉴于此，亟待设计一种能够实时监测焊接接头未焊透缺陷的焊接设备，以焊接的同时，对焊接接头是否存在未焊透缺陷进行实时监测。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种焊接设备，该焊接设备能够在焊接的同时，实时监测焊接接头是否存在未焊透缺陷，以便及时调整焊接参数，确保焊接质量。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供一种焊接设备，包括焊机装置和变位机，所述变位机能够调整工作台的位置，其中，所述工作台用于固定待测焊件;还包括:
[0010]测温装置，用于测量焊接过程中，所述待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的实际温度数据；
[0011]预警装置，其预存有焊透状态下焊接接头的焊接熔池前端未熔化区域的标准温度数据;与所述测温装置通信连接，以根据所述实际温度数据与所述标准温度数据的对比实现未焊透预警；
[0012]控制装置，其与所述测温装置、所述焊机装置及所述变位机通信连接，用于调整所述测温装置、所述焊机装置的焊枪及所述工作台三者的相对位置，以使所述焊枪对所述待测焊件焊接的同时，所述测温装置能够实时监测所述待测焊件的焊接熔池前端的实际温度数据。
[0013]经研究分析发现，基于焊接热作用和热传导原理，待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的温度分布能够反映焊接状态，所以，可以基于焊接熔池前端未熔化区域的温度分布来判断焊接接头是否未焊透。该焊接设备通过测温装置来实时获取待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的实际温度数据，所获取的实际温度数据可输送至预警装置，与预警装置中预存的焊透状态下焊接熔池前端未熔化区域的标准温度数据进行比对，即可实现未焊透的预警。由于焊接过程中，待测焊件的焊接熔池会移动，所以该焊接设备还设置有控制装置，用来调整测温装置、焊机装置的焊枪及固定待测焊件的工作台三者的相对位置，以确保测温装置能够实时监测到焊接熔池前端的实际温度数据。
[0014]如上所述，该焊接设备在焊件的焊接过程中就能够对未焊透缺陷进行预警，若出现未焊透缺陷，则能够及时调整焊接工艺参数，与现有技术中焊接完成后再检测相比，大大节约了经济成本和时间成本。
[0015]可选的，所述焊接熔池前端未熔化区域为在所述焊接熔池前端，距所述焊接熔池的边缘5?I Omm的区域。
[0016]可选的，所述焊接熔池前端未熔化区域具体为在所述焊接熔池前端，距所述焊接熔池的边缘5?I Omm的区域内的一条垂直于焊缝方向的待测线。
[0017]可选的，所述测温装置具体为红外测温仪。
[0018]可选的，所述焊机装置包括脉冲焊机、焊接保护气、激光器电源和焊枪;所述激光器电源为所述焊枪提供能量和脉冲;所述脉冲焊机用于将所述焊接保护气输送至所述焊枪。
[0019]可选的，所述焊机装置还包括焊接机械臂，其末端为夹持所述焊枪的机械夹手;所述控制装置通过控制所述焊接机械臂来调整所述焊枪的位置。
[0020]可选的，所述焊接机械臂和所述变位机集成于一台焊接机器人。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明所提供焊接设备的一种具体实施例的结构示意图；
[0022]图2示出了焊接设备的测温装置的测温区域示意图。
[0023]其中，图1和图2中的部件名称和附图标记之间的一一对应关系如下所示:
[0024]脉冲焊机11，激光器电源12，焊接保护气13，焊枪14;
[0025]焊接机械臂20，变位机30，红外测温仪40，控制装置50，预警装置60;
[0026]焊接熔池R，测温区域C。
【具体实施方式】
[0027]本发明的核心是提供一种焊接设备，该焊接设备能够在焊接的同时，实时监测焊接接头是否存在未焊透缺陷，以便及时调整焊接参数，确保焊接质量。
[0028]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0029]请参考图1，图1为本发明所提供焊接设备的一种具体实施例的结构示意图。
[0030]该焊接设备包括焊机装置和变位机30;变位机30能够调整工作台的位置，其中，工作台用于固定待测焊件。[0031 ]变位机30通过调整工作台的位置使待测焊件处于最佳焊接位置;可以理解，根据实际需要，变位机30可以控制工作台的升降、回转或倾斜等动作。
[0032]该焊接设备还包括:
[0033]测温装置，用于测量焊接过程中，待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的实际温度数据；
[0034]预警装置60，其预存有焊透状态下焊接接头的焊接熔池前端未熔化区域的标准温度数据;该预警装置60与测温装置通信连接，能够接收测温装置获取的实际温度数据，以根据实际温度数据与标准温度数据的对比实现未焊透预警；
[0035]控制装置50，其与测温装置、焊机装置及变位机30通信连接，用于调整测温装置、焊机装置的焊枪14及工作台三者的相对位置，以使焊枪14对待测焊件焊接的同时，测温装置能够实时监测待测焊件的焊接熔池前端的实际温度数据。
[0036]经研究分析发现，基于焊接热作用和热传导原理，待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的温度分布能够反映焊接状态，所以，可以基于焊接熔池前端未熔化区域的温度分布来判断焊接接头是否未焊透，从而在焊接过程中就对未焊透缺陷进行预警，以便于及时调整焊接工艺参数。
[0037]该焊接设备通过测温装置来实时获取待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的实际温度数据，所获取的实际温度数据可输送至预警装置60，与预警装置60中预存的焊透状态下焊接熔池前端未熔化区域的标准温度数据进行比对，即可实现未焊透的预警。由于焊接过程中，待测焊件的焊接熔池是移动变化的，所以该焊接设备还设置有控制装置50，用来调整测温装置、焊机装置的焊枪14及固定待测焊件的工作台三者的相对位置，以确保测温装置能够实时监测到焊接熔池前端的实际温度数据。
[0038]如上所述，该焊接设备在焊件的焊接过程中就能够对未焊透缺陷进行预警，若出现未焊透缺陷，则能够及时调整焊接工艺参数，与现有技术中焊接完成后再检测相比，大大节约了经济成本和时间成本。
[0039]这里需要说明的是，焊接熔池指因焊弧热而熔化成池状的母材部分，可以理解，熔池为焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分;其中，焊接熔池前端指焊接过程中熔池的边缘移动方向的前端。
[0040]由于焊接过程中，熔池的边缘随焊接时间的变化而变化，所以，焊接熔池前端未熔化区域也是随着焊接时间的变化而变化的。因此，该方案中，通过控制装置50来控制测温装置、焊枪14及工作台三者的相对位置，以确保测温装置能够实时监测到焊接熔池前端的实际温度数据。
[0041]由上可知，焊接熔池前端的温度场与时间相关，还与具体测温点距焊接熔池的边缘的距离相关，或者具体测温点距焊缝中心的距离相关。因此，测温装置测得的实际温度数据应当包括该温度所对应的时间和测温点的具体位置;为方便后续比对，这里的时间可以以焊接初始为零点计算，测温点的具体位置可以以测温点距焊接熔池边缘的距离为参考，也可以测温点距焊缝中心的距离为参考。
[0042]预警装置60中预存的标准温度数据当然也包括与温度值所对应的时间和位置;具体的方案中，标准温度数据通过对同样焊接条件及同样焊件进行焊接时，焊透情况下焊接熔池前端未熔化区域的温度数据的测量得到。
[0043]请参考图2，图2示出了焊接设备的测温装置的测温区域示意图。
[0044]具体的方案中，焊接熔池前端未熔化区域为在焊接熔池前端，距焊接熔池边缘5?1mm的区域。图中的R表示焊接熔池，C表示实际中的测温区域。
[0045]为了使比对更精确，具体地，可以选取在焊接熔池前端，距焊接熔池的边缘5?I Omm的区域内一条垂直于焊缝方向的待测线，作为具体的测温区域。
[0046]具体的方案中，测温装置为红外测温仪40，因红外测温仪40具有响应时间快、非接触及使用安全等特点，故在焊接过程中能够确保测温的准确性和安全性。具体地，可以选择在线式红外测温仪40。
[0047]具体的方案中，焊机装置包括脉冲焊机11、焊接保护气13、激光器电源12和焊枪14;其中，激光器电源12为焊枪14提供能量和脉冲，脉冲焊机11用于将焊接保护气13输送至焊枪14。
[0048]更具体地，焊机装置还包括焊接机械臂20，该焊接机械臂20的末端为夹持焊枪14的机械夹手，控制装置50通过控制焊接机械臂20来调整焊枪14的位置。可以理解，焊枪14位置的调整是调节其相对待测焊件的位置，以便于焊接。
[0049]具体的方案中，可以将调整焊枪14位置的焊接机械臂20与调整工作台的变位机30集成于一台焊接机器人，以方便控制。
[0050]该焊接设备的工作过程如下:
[0051]首先通过预实验获取焊透情况下与待测焊件一致的焊件的焊接熔池前端未熔化区域的温度分布，作为标准温度数据存入预警装置60中；应当理解，标准温度数据也可以通过仿真分析获取。
[0052]再开始对待测焊件进行焊接，在焊接过程中，通过控制装置50控制焊枪14、工作台及激光器电源12、脉冲焊接等之间的相互配合进行焊接操作，同时，通过控制红外测温仪40使其始终对准待测焊件焊接熔池前端的未熔化区域，测量此区域的温度数据，并将实测温度数据传输至预警装置60，预警装置60通过对实测温度数据与标准温度数据的对比实现未焊透的预警，从而调整焊接参数确保焊件的焊接质量。
[0053]具体地，预警装置60可以比对同一时间点上，待测区域的不同测温点的温度，若各测温点的实测温度均小于预存的标准温度，可判定存在未焊透的情况，若各测温点的实测温度均大于或等于预存的标准温度，可判定无未焊透的情况，若各测温点的实测温度有的小于预存的标准温度，有的大于预存的标准温度，可判定焊接存在其他焊接缺陷，可进一步做检查。
[0054]其中，待测区域的各测温点可以根据实际需要选取。
[0055]以上对本发明所提供的一种焊接设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种焊接设备，包括焊机装置和变位机(30)，所述变位机(30)能够调整工作台的位置，其中，所述工作台用于固定待测焊件;其特征在于，还包括: 测温装置，用于测量焊接过程中，所述待测焊件的焊接熔池前端未熔化区域的实际温度数据； 预警装置(60)，其预存有焊透状态下焊接接头的焊接熔池前端未熔化区域的标准温度数据;与所述测温装置通信连接，以根据所述实际温度数据与所述标准温度数据的对比实现未焊透预警； 控制装置(50)，其与所述测温装置、所述焊机装置及所述变位机(30)通信连接，用于调整所述测温装置、所述焊机装置的焊枪(14)及所述工作台三者的相对位置，以使所述焊枪(14)对所述待测焊件焊接的同时，所述测温装置能够实时监测所述待测焊件的焊接熔池前端的实际温度数据。2.根据权利要求1所述的焊接设备，其特征在于，所述焊接熔池前端未熔化区域为在所述焊接熔池前端，距所述焊接熔池的边缘5?(10)mm的区域。3.根据权利要求2所述的焊接设备，其特征在于，所述焊接熔池前端未熔化区域具体为在所述焊接熔池前端，距所述焊接熔池的边缘5?1mm的区域内的一条垂直于焊缝方向的待测线。4.根据权利要求1所述的焊接设备，其特征在于，所述测温装置具体为红外测温仪(40)。5.根据权利要求1所述的焊接设备，其特征在于，所述焊机装置包括脉冲焊机(II)、焊接保护气(13)、激光器电源(12)和焊枪(14);所述激光器电源(12)为所述焊枪(14)提供能量和脉冲;所述脉冲焊机(11)用于将所述焊接保护气(13)输送至所述焊枪(14)。6.根据权利要求5所述的焊接设备，其特征在于，所述焊机装置还包括焊接机械臂(20)，其末端为夹持所述焊枪(14)的机械夹手;所述控制装置(50)通过控制所述焊接机械臂(20)来调整所述焊枪(14)的位置。7.根据权利要求6所述的焊接设备，其特征在于，所述焊接机械臂(20)和所述变位机(30)集成于一台焊接机器人。
【文档编号】B23K26/21GK106001912SQ201610498117
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】吴向阳, 张志毅, 果伟, 田仁勇, 武永寿, 王银灵, 陶传琦, 商浩, 吕光宙, 迟建波, 国东芳
【申请人】中车青岛四方机车车辆股份有限公司