本發(fā)明涉及光譜檢測領(lǐng)域,尤其是涉及一種應(yīng)用特征譜線焊接熔池流動監(jiān)測方法。
背景技術(shù):
電弧焊時,在電弧的作用下,母材局部和填充金屬均被加熱融化形成熔池,冷卻凝固后形成焊縫。所以為了進一步提高焊接效率和焊接質(zhì)量,不僅要對焊接工藝參數(shù)進行探究,還要注重焊接過程。觀測熔池的流動對我們了解焊縫質(zhì)量、氣孔缺陷及力學(xué)性能必不可少。
在工件成型過程中,熔池不僅受到熱的作用,還受到力的作用。在電弧力和其他力的作用下熔池表面產(chǎn)生凹陷,液體金屬被排向熔池尾部。由于熔池受到各種力的作用,因此熔池的流動過程較為復(fù)雜。受到高熱量熱源的影響,熔池發(fā)光強度很高,又由于雜光污染嚴重,使得觀測熔池的難度加大。
當(dāng)今,有研究者利用結(jié)構(gòu)光或者激光作為輔助光源,消除電弧光的影響,但是設(shè)備較為昂貴,熔池圖像清晰度不夠;也有學(xué)者將CCD相機與濾光片結(jié)合,將灰度轉(zhuǎn)換為熔池輪廓線,但是不能顯示熔池的流動過程。
目前熔池監(jiān)測領(lǐng)域依然存在很大不足,現(xiàn)有熔池觀測技術(shù)不能清晰呈現(xiàn)熔池的流動過程,而且受到雜光的嚴重干擾。本方法可實時在正面監(jiān)測熔池全貌,還可實時存儲焊縫、熔池流動過程圖像,為后續(xù)焊接質(zhì)量改進及相關(guān)科學(xué)研究提供依據(jù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的問題是上述背景技術(shù)的不足,提供一種基于特征譜線的焊接熔池流動監(jiān)測方法,可以呈現(xiàn)熔池的正面流動圖像。本發(fā)明在減少雜光干擾的基礎(chǔ)上,通過觀測不同坐標(biāo)的示蹤元素發(fā)出的光強變化來繪制熔池的流動圖像,比傳統(tǒng)的熔池監(jiān)測方法更加清晰、有效。
為解決以上問題,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種基于特征譜線的焊接熔池流動監(jiān)測方法,包括以下步驟:
步驟S1、將示蹤元素呈帶狀充分附著在工件表面上形成示蹤元素層;
步驟S2、工件和焊槍之間產(chǎn)生的電弧使工件和示蹤元素層受熱形成熔池,在焊接力的影響下,示蹤元素和金屬元素混合在一起向焊槍移動的反方向流動;
步驟S3、受到熱源影響后,各元素被激發(fā),發(fā)出不同的特征譜線,選取一個波段,使在這個波段內(nèi),示蹤元素被激發(fā)時發(fā)出光強度最大,其他元素發(fā)出的光強度較?。?/p>
步驟S4、選取窄帶濾光片,使步驟S3中所述波段的光通過,其他波段的光截止;
步驟S5、熔池發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡聚焦放大后進入窄帶濾光片,其他波段的光被窄帶濾光片截止,只有特定波段的光可以通過濾光片進入到CCD相機中,在特定波段中,只有示蹤元素發(fā)出的光強度最強,其他光強度較?。?/p>
步驟S6、根據(jù)CCD相機采集的光強,通過各個坐標(biāo)上光強的變化,來模擬出熔池流動的跡線;
步驟S7、通過熔池流動的跡線,模擬出完整的熔池流動過程。
作為優(yōu)選,凸透鏡、減光片、窄帶濾光片、CCD相機為一體,并且在同一軸線上。
作為優(yōu)選,采用惰性氣體保護熔池和示蹤元素層,減少示蹤元素被氧化的幾率,減少氧化物發(fā)出的雜光帶來的干擾。
總體而言,通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有的熔池觀測技術(shù)相比,可以有以下效果:
(1)本發(fā)明將熔池圖像先用凸透鏡放大后,增加了熔池圖像的分辨率,減少了其余雜光的進入。
(2)只有示蹤元素被激發(fā)時發(fā)出的特定波段的光可以通過窄帶濾光片進入到CCD相機中。窄帶濾光片的應(yīng)用可以進一步減少雜光污染,當(dāng)其它波段的光通過濾光片時被過濾掉。
(3)與傳統(tǒng)的方式相比,通過觀測示蹤元素發(fā)出的光強度變化來監(jiān)測熔池流動,可以充分地還原熔池的流動過程。
附圖說明
圖1是本發(fā)明焊接熔池流動監(jiān)測方法采用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
示蹤元素層-1 凸透鏡-2 窄帶濾光片-3
CCD相機-4 滑軌-5
圖2是本發(fā)明示蹤元素層的俯視示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明更加具體、明白地被理解,下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的一種基于特征譜線的焊接熔池流動監(jiān)測方法作進一步描述。
本發(fā)明焊接熔池流動監(jiān)測方法采用監(jiān)測系統(tǒng),如圖1所示,所述監(jiān)測系統(tǒng)包括:凸透鏡2、窄帶濾光片3、CCD相機4、滑軌5,凸透鏡2、窄帶濾光片3、CCD相機4通過滑軌5固定在同一設(shè)備內(nèi),三者在同一軸線上,凸透鏡2通過鏡架安裝在滑軌上,使得凸透鏡2可以在滑軌5上移動;濾光片3固定在CCD相機4上:CCD相機4固定在滑軌5上。
一種基于特征譜線的焊接熔池流動監(jiān)測方法,包括:
步驟S1、根據(jù)焊接保護氣、離子氣和焊接金屬選取相應(yīng)的示蹤元素的成分。示蹤元素不會與金屬元素發(fā)生反應(yīng),且示蹤元素在特定波段上發(fā)出的光的強度最大,其他元素發(fā)出的光在特定波段上光強較小。
步驟S2、將示蹤元素充分呈帶狀附著在工件表面上形成金屬示蹤元素層1,帶間距0.001mm到2mm,如圖2所示,示蹤元素層為粉末、顆粒及涂覆狀,其厚度為0.001mm到1mm。
步驟S3、根據(jù)示蹤元素的特征譜線選取相對應(yīng)的窄帶濾光片3,濾光片中心波長為示蹤元素的發(fā)射光譜中的選取的特定波長,半高寬為1-10nm,使只有特定波段的光可以通過。
步驟S4、調(diào)整好凸透鏡2、窄帶濾光片3、CCD相機4的角度,使其光路對準(zhǔn)被觀測區(qū)域,并且其位置不妨礙焊接設(shè)備的正常工作。
步驟S5、調(diào)整凸透鏡2和被觀測區(qū)域的距離,根據(jù)凸透鏡焦距,通過滑軌調(diào)整凸透鏡和熔池的距離,使被觀測區(qū)域圖像可以清晰,完整地呈現(xiàn)在CCD相機中。
步驟S6、將焊接電源正極接工件,負極接焊槍,工件和焊槍之間產(chǎn)生的電弧使工件和示蹤元素層受熱形成熔池。示蹤元素和金屬元素受熱后混合在一起形成熔池,向焊槍移動反方向流動。熔池中的示蹤元素和金屬元素受熱源影響后被激發(fā),發(fā)出包含選取的特定波長的光譜譜線。
步驟S7、在CCD相機4的光路中加上窄帶濾光片3,被觀測區(qū)域所發(fā)出的光被凸透鏡2聚焦后通過窄帶濾光片3,其中只有特定波段的光可以通過窄帶濾光片3進入到CCD相機4中。在特定波段中,只有示蹤元素發(fā)出的光強度最大,在CCD相機中呈現(xiàn)得最為明顯。
步驟S8、示蹤元素發(fā)出的光進入CCD相機中,通過采集到的被觀測區(qū)域不同坐標(biāo)處的光強隨時間的變化趨勢形成特征元素在焊接熔池中運動的跡線,經(jīng)過專業(yè)軟件處理后模擬出熔池的流動過程。
進一步,在示蹤元素的發(fā)射光譜中所選取的特定波長,使示蹤元素所發(fā)出的該波長的光強遠大于工件金屬元素和周圍氣體元素所發(fā)出的該波長的光強。
進一步,窄帶濾光片3只讓所選取的特定波段的光通過。
進一步,所述凸透鏡2、濾光片3、CCD相機4置于同一裝置內(nèi),并且可調(diào)節(jié)被觀測區(qū)域的位置和角度。
進一步,CCD相機采集到的被觀測區(qū)域圖像只包含所選取的特定波段的光,可從光強分布隨時間的變化中得出熔池的流動狀態(tài)。
作為優(yōu)選,采用惰性氣體保護熔池和示蹤元素層,減少示蹤元素被氧化的幾率,減少氧化物發(fā)出的雜光帶來的干擾。
本發(fā)明的基于特征譜線的焊接熔池流動監(jiān)測方法,可以正面實時監(jiān)測熔池流動,在特定波段上,只有熔池中的示蹤元素被激發(fā)時所放出的光強度最強,其他光強度較低,通過采集到的被觀測區(qū)域光強變化趨勢模擬出熔池的流動。本發(fā)明包含:凸透鏡、窄帶濾光片、CCD相機和專用處理軟件。其中凸透鏡、窄帶濾光片、CCD相機為一整體,工作時跟隨被觀測區(qū)域平移,且軸線始終對準(zhǔn)被觀測區(qū)域。其中凸透鏡和窄帶濾光片根據(jù)實際需求使用,可以根據(jù)不同的焊接原材料或焊接方式更換不同的凸透鏡和窄帶濾光片。凸透鏡位置可調(diào),將熔池圖像放大,盡可能避免雜光進入,使熔池圖像清晰,均勻地呈現(xiàn),盡可能真實地呈現(xiàn)熔池流動過程。附在工件表面的示蹤元素在熱源經(jīng)過時被激發(fā),其特征譜與其他光源不同。熔池發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡聚焦放大后,只有示蹤元素發(fā)出特定波段的光可以明顯映射在CCD相機的感光元器件中。最后將CCD相機拍到的連續(xù)圖像經(jīng)過軟件處理,得到熔池的流動影像。