一种拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置

技术领域

本发明涉及埋弧焊技术领域，更具体的，涉及一种拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置。

背景技术

在埋弧焊中，由于电弧被掩埋在一定厚度的固态颗粒状焊剂层下，导致熔滴过渡、电弧特征等行为不能被直接观察，影响了对埋弧焊的研究。

早期的部分学者基于X射线照相术拍摄埋弧焊熔滴过渡行为，存在搭建成本高、有辐射危险、成像质量差等缺点。

近年来有学者使用横穿焊缝的“隧道”装置，即沿着焊接路径的垂直方向预先部署一个类似于“隧道”的管件，并从管件任意一头伸入微孔摄像装置。这样，埋弧焊经过“隧道”位置，借助高速摄影、光谱技术等方法从内部进行拍摄。但这种方式存在两大缺点：首先，“隧道”会破坏埋弧焊的真实空腔，影响结果的说服力；其次，受限于“隧道”的体积，采用微孔摄像装置拍摄效果也一般，导致观测的结果并不理想。

发明人对相关文献进行了检索，尚没有发现有能够简单地、直观地拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置。

发明内容

基于此，有必要针对现有缺少可以简单、直观地拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置的问题，提供一种拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明公开了一种拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置包括：载物台、隔离组件、移动组件、拍摄组件。

载物台用于放置待焊接的试件。隔离组件设置在载物台或试件上，用于隔离出与焊接路径对应的焊接腔。隔离组件包括固定挡板、玻璃隔板；固定挡板间隔设置了两块；玻璃隔板也间隔设置了两块、并位于两块固定挡板之间；两块玻璃隔板、两块固定挡板围成一个顶部无盖的焊接腔；玻璃隔板采用耐高温透明玻璃材料。试件的待焊接部处于焊接腔内，焊头从上方伸入焊接腔并对着试件的待焊接部进行埋弧焊，埋弧焊形成的空腔的宽度大于或等于两块玻璃隔板的间距。移动组件用于带动载物台沿着焊接路径移动。拍摄组件对着玻璃隔板设置，用于对埋弧焊形成的空腔进行拍摄。

本发明利用固定挡板和玻璃隔板隔离出与焊接路径对应的焊接腔，利用玻璃隔板耐高温、透明的特性，在保证正常进行埋弧焊的情况下，实现埋弧焊空腔内行为的可视化，可以直观的进行的拍摄；本发明利用移动组件使试件移动，焊头不动，这样可以使拍摄组件保持不动，从而保证拍摄的效果。本发明操作简单方便，可以得到效果很好的埋弧焊空腔影像，给行为分析提供可用的素材。本发明解决了现有缺少可以简单、直观地拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置的问题。

作为本发明进一步的方案，焊接腔的长度大于焊接路径的长度。

作为本发明进一步的方案，两块固定挡板的相对面对应设置有玻璃插槽，用于插接固定玻璃隔板。

作为本发明进一步的方案，固定挡板设置有移动通孔；玻璃插槽设置在移动滑条上；移动滑条与移动通孔滑动连接，并通过锁紧螺丝进行定位。

作为本发明进一步的方案，两块玻璃隔板的间距小于20mm。

作为本发明进一步的方案，固定挡板焊接在载物台上。

作为本发明进一步的方案，固定挡板底端设置有折边，折边上设置有配重块，用于将固定挡板与载物台或试件进行定位。

作为本发明进一步的方案，移动组件为直线模组；载物台设置在直线模组的滑台上，并跟着滑台进行移动。

作为本发明进一步的方案，拍摄组件包括设置在焊接腔一侧的高速摄像机。

作为本发明进一步的方案，拍摄组件还包括背景光源，其设置在焊接腔另一侧，用于在高速摄像机拍摄进行补光。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

1，本发明利用固定挡板和玻璃隔板隔离出与焊接路径对应的焊接腔，利用玻璃隔板耐高温、透明的特性，在保证正常进行埋弧焊的情况下，实现埋弧焊空腔内行为的可视化，可以直观的进行的拍摄；本发明利用移动组件使试件移动，焊头不动，这样可以使拍摄组件保持不动，从而保证拍摄的效果。本发明操作简单方便，可以得到效果很好的埋弧焊空腔影像，给行为分析提供可用的素材。

2，本发明的两块玻璃隔板还可以通过锁紧螺丝、移动滑条、移动通孔的配合进行间距的调节，从而适应不同参数下的埋弧焊，大大提高了实用性。

附图说明

图1为本发明实施例1中拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置的俯视图。

图2为图1去除拍摄组件后对应的正视图；

图3为图1对应的侧视图；

图4为图1中移动滑条与锁紧螺丝的配合图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、载物台，2、试件，3、固定挡板，4、玻璃隔板，5、配重块，6、移动滑条，7、锁紧螺丝，8、移动通孔，9、移动组件，10、高速摄像机，11、背景光源，12、焊头，13、压紧螺丝，14、焊丝，15、熔滴，16、滑块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，图1为一种拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置的俯视图。一种拍摄埋弧焊空腔内行为的实验装置包括：载物台1、隔离组件、移动组件9、拍摄组件。

载物台1用于放置待焊接的试件2。

移动组件9用于带动载物台1沿着焊接路径移动。由于埋弧焊的焊接路径一般为直线型，因此，移动组件9可以采用直线模组或行走机床等能实现直线移动的机构。以直线模组为例，将载物台1安装在直线模组的滑台上，这样可以跟着滑台进行移动，进而实现试件2沿着焊接路径移动。

隔离组件包括固定挡板3、玻璃隔板4；固定挡板3间隔设置了两块；玻璃隔板4也间隔设置了两块、并位于两块固定挡板3之间；两块玻璃隔板4、两块固定挡板3围成一个顶部无盖的焊接腔。其中，玻璃隔板4采用耐高温透明玻璃材料，例如高纯二氧化硅，可耐1500℃-2000℃。考虑到后续部件的维护，可以将玻璃隔板4与固定挡板3进行可拆装设计，例如，在两块固定挡板3的相对面对应加工出玻璃插槽。玻璃插槽纵向设置，顶部留出安装口，这样玻璃隔板4即可通过安装口插接进玻璃插槽内，并与固定挡板3实现连接。

依据试件2的具体类型或尺寸，隔离组件选择性地设置在载物台1或试件2上，具体的：

1，若试件2为小型金属零件，由于其面积较小，建议将隔离组件设置在载物台1上，并使试件2放置在焊接腔内，这样试件2的待焊接部自然也处于焊接腔内。一般的，可以将固定挡板3通过焊接的方式与载物台1连接为一体；当然，也可以采用活性固定的方式：将固定挡板3底端加工出折边，使固定挡板3整体成“L”，方便将固定挡板3放置在载物台1上；再在折边上设置有配重块5，使固定挡板3的重心偏移到折边，从而将固定挡板3与载物台1进行定位。

2，若试件2为大型金属板件，由于其面积较大，建议直接将隔离组件设置在试件2上，并使试件2的待焊接部处于焊接腔内。由于试件2完成焊接后需要取下，因此隔离组件不能采用试件2焊接固定的方式，而采用活性固定的方式：将固定挡板3底端加工出折边，使固定挡板3整体成“L”，方便将固定挡板3放置在试件2上；再在折边上设置有配重块5，使固定挡板3的重心偏移到折边，从而将固定挡板3与试件2进行定位。

焊接腔顶部无盖，进行埋弧焊的焊头12可以从上方伸入焊接腔并对着试件2的待焊接部进行埋弧焊，焊剂可以采用预添加或同步添加的方式。参看上面的，由于移动组件9实现试件2沿着焊接路径移动，这样焊头12可以保持位置不动，便于对焊接参数的控制。另外需要说明的是，为了保证焊接的顺利进行及焊接的安全，焊接时要使试件2接地。

再参看图2，埋弧焊会产生类似倒U型的电弧(如图2的虚线所示)，电弧可在焊接处围成一个空腔，即为埋弧焊空腔。这个空腔就是本实验装置的目标拍摄区域。将焊接腔的规格设计为：焊接腔的长度(玻璃隔板4的长度)大于焊接路径的长度，焊接腔的宽度(即两块玻璃隔板4的间距)小于埋弧焊形成的空腔的宽度。这样，一方面，可以保证试件2沿焊接路径可以顺利焊接完成；另一方面，埋弧焊空腔受到玻璃隔板4分隔作用而将内部露出，配合玻璃隔板4的透明特征，这样从玻璃隔板4侧就可以看到埋弧焊空腔内部的情况，例如熔滴15的状态。而玻璃隔板4是耐高温的，可以保证焊接过程中不会出现破损。

需要说明的，埋弧焊空腔的宽度一般在15mm～20mm，因此两块玻璃隔板4的间距要小于20mm。当然，由于埋弧焊的参数不同：例如焊丝14的直径、焊剂的颗粒大小，埋弧焊空腔宽度也会有变化，所以两块玻璃隔板4的间距建议设计成可调式：参看图3，将固定挡板3加工出移动通孔8，玻璃插槽加工在移动滑条6上。如图4所示，移动滑条6一面设置有玻璃插槽，玻璃隔板4插接进玻璃插槽中，还可以在玻璃插槽侧向加工压紧孔，通过压紧螺丝13对玻璃隔板4进行加固。移动滑条6另一面设置有滑块16，滑块16卡进移动通孔8中、并与移动通孔8滑动连接，即使得移动滑条6与移动通孔8实现滑动连接。这样，沿着移动通孔8可以使移动滑条6产生位移，从而调整两块玻璃隔板4的间距。再设置锁紧螺丝7，并从两块固定挡板3相互背离的一侧螺接进滑块16，如图3所示，锁紧螺丝7的头部直径大于移动通孔8的直径，这样锁紧螺丝7的头部压在固定挡板3上时，可以利用摩擦力进行定位。

拍摄组件对着玻璃隔板4设置，用于对埋弧焊形成的空腔进行拍摄。出于成像效果，建议采用高速摄像机10。高速摄像机10配备有可调支架，这样将高速摄像机10架设在焊接腔一侧，设置好对焦、拍摄速率和曝光时间，即可进行摄影。当然，处于摄像质量的需要，还可以在焊接腔另一侧设置背景光源11。背景光源11也配备有可调支架，架设在焊接腔另一侧，并使背景光源11、高速摄像机10等高共轴。背景光源11在高速摄像机10拍摄进行补光，光轴垂直于玻璃隔板4、并对应焊丝14末端。另外，高速摄像机10还可以通过传输线将实时画面传输到工控机，这样便于操作者在工控机端进行分析。

此外，上述电气元件均配有电源，不再一一赘述。

实施例2

本实施例2公开了实施例1的使用方法，包括以下步骤：

焊接开始之前，将焊头12伸入焊接腔并对着试件2的待焊接部。焊头12的位置、高度固定。调整背景光源11、高速摄像机10等高共轴，使光轴垂直玻璃隔板4、并穿过焊丝14末端，高速摄像机10调焦至可以清晰看到焊丝14。

将试件2接地；将焊剂沿焊接路径铺好、或者将焊剂存在料箱、并设置为焊接开始后均匀铺设到焊接路径上。

焊接开始时，同步打开焊机、移动组件，并调整载物台1移动的速度、方向与焊接的速度、方向保持一致，对试件2进行埋弧焊。

高速摄像机10保持不动，打开背光光源11、高速摄像机10，设置好拍摄速率和曝光时间，开始摄影，拍摄埋弧焊空腔的高速影像。

之后就可以依据高速影像观察分析埋弧焊空腔内行为。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。