[發(fā)明專利]一種模擬水下焊接熔滴過渡的實時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法

在審

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• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105583546A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭寧;陳昊;馮吉才;杜永鵬;徐昌盛;付云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學（威海）
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 于濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接過程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種模擬水下壓力環(huán)境下的焊接熔滴過渡實時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

近些年來，世界強國均將海洋發(fā)展放在戰(zhàn)略地位，將海洋資源開發(fā)和利用擺在重要位置，《中國制造2025》中也明確指出要大力發(fā)展深海探測、資源開發(fā)利用、海上作業(yè)保障裝備及其關(guān)鍵系統(tǒng)和專用設(shè)備，強調(diào)掌握重點配套設(shè)備集成化、智能化、模塊化設(shè)計制造核心技術(shù)。此外，海洋的發(fā)展離不開海洋工程裝備及高技術(shù)船舶的升級，同時需要改善現(xiàn)有的海洋工程技術(shù)。水下焊接技術(shù)是開發(fā)海洋、開采海底石油以及組裝、維修諸如采油平臺、輸油管線和海底倉等大型海洋結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是艦船應(yīng)急修理、海上救助、橋梁架設(shè)等工作的必要技術(shù)手段

水下焊接技術(shù)由于作業(yè)環(huán)境的特殊性，冶金過程、傳質(zhì)傳熱過程與傳統(tǒng)焊接方法相比發(fā)生了很大的變化，其熔滴過渡過程、電弧形態(tài)、焊接過程與水下環(huán)境的交互作用機理等方面尚未明確，所以對其焊接冶金機理、焊接過程控制方面的研究水平嚴重制約了水下焊接技術(shù)的發(fā)展。尤其是作為焊接傳熱過程中非常重要的熔滴過渡過程，目前還沒有非常行之有效的裝置與方法對其進行實時監(jiān)測，尤其是當焊接過程在模擬高壓環(huán)境下進行時。

對于傳統(tǒng)電弧焊熔滴過渡過程監(jiān)測方法是：采用光學相機與鏡頭配備濾光片與減光片，搭載高速攝像采集系統(tǒng)對焊接電弧區(qū)域的熔滴過渡進行直接監(jiān)測觀察，必要時需采用外部光源如激光光源對電弧弧光進行背光，以消除電弧弧光的干擾。上述方法在傳統(tǒng)電弧焊熔滴過渡監(jiān)測過程中已成為成熟技術(shù)并應(yīng)用十分廣泛，但是該方法在水下焊接熔滴過渡監(jiān)測過程中無法實現(xiàn)，主要問題在于由于在水下焊接過程中會產(chǎn)生大量的氣泡以及焊接區(qū)域周圍水的擾動，會對該方法成像系統(tǒng)的光路造成很大的折射與反射作用，無法清晰成像同時由于熔滴附近存在大量的氣泡，該方法無法將熔滴與氣泡有效地分離。所以，目前對于水下焊接熔滴過渡的實時監(jiān)測觀察是水下焊接技術(shù)研究過程中的一大難題。目前國內(nèi)外尚無水下焊接熔滴過渡實時監(jiān)測技術(shù)的報道，尤其是在模擬水下高壓環(huán)境下的焊接熔滴過渡實時檢測技術(shù)的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組成合理、操作方便、受焊接環(huán)境影響小、適用性廣、成像質(zhì)量高、影像采集頻率高、可實現(xiàn)遠程控制的模擬水下壓力環(huán)境下的水下焊接熔滴過渡實時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種模擬水下焊接熔滴過渡的實時監(jiān)測裝置，包括壓力容器、X射線源、X射線影像增強器、高速攝像機、焊接機構(gòu)、焊接電信號采集單元、遠程控制機構(gòu)，其特征在于：焊接工件置于壓力容器內(nèi)的工作臺上，焊接機構(gòu)經(jīng)支架支撐在壓力容器內(nèi)焊接工件的上方，X射線源、X射線影像增強器、高速攝像機、焊接機構(gòu)分別與遠程控制機構(gòu)相連接，焊接工件和焊接機構(gòu)與焊接電信號采集單元相連接，焊接電信號采集單元與遠程控制機構(gòu)相連接，焊接工件左右兩側(cè)對應(yīng)的壓力容器壁上分別設(shè)有視窗，X射線源安裝在壓力容器的左側(cè)或右側(cè)，壓力容器的右側(cè)或左側(cè)依次設(shè)有X射線影像增強器和高速攝像機，所述X射線源發(fā)射出的X射線穿過壓力容器視窗透過所述焊接工件上方的電弧區(qū)域，照射熔滴過渡過程形成熔滴過渡的X射線影像并再次穿過壓力容器另一側(cè)視窗由X射線影像增強器接收，所述X射線影像增強器將熔滴過渡X射線影像轉(zhuǎn)化為可見光影像并投射出來并由所述高速攝像機進行拍攝轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號發(fā)送至所述遠程控制機構(gòu)，所述焊接電信號采集單元對焊接過程中的焊接電壓以及焊接電流進行同步采集并發(fā)送至所述遠程控制機構(gòu)，遠程控制機構(gòu)將采集的影像信號與焊接電信號實時對焊接熔滴過渡過程進行實時監(jiān)測并與獲取的焊接電信號進行比對。

本發(fā)明所述的壓力容器為模擬水深壓力容器，導管一端穿過壓力容器壁并與壓力容器壁密封連接，導管另一端與氣泵相連接，氣泵與遠程控制機構(gòu)相連接，導管或壓力容器上設(shè)有壓力表，使壓力容器的水模似不同深度水環(huán)境。

本發(fā)明所述的焊接機構(gòu)包括焊槍、焊槍運動機構(gòu)，其中焊槍固定在焊槍運動機構(gòu)上，焊槍運動機構(gòu)由步進電機與滑軌組成，可實現(xiàn)X、Y、Z三軸方向上的運動。

本發(fā)明所述的焊接電信號采集單元包括焊接電流傳感器、焊接電壓傳感器、數(shù)據(jù)采集卡，焊接電流傳感器和焊接電壓傳感器分別與數(shù)據(jù)采集卡電連接，數(shù)據(jù)采集卡電與遠程控制機構(gòu)電連接。