焊缝熔池热影响区域的测温装置及测温方法

技术领域

本发明是关于焊机技术领域，特别是关于一种焊缝熔池热影响区域的测温装置及测温方法。

背景技术

在焊接过程中，形成一个以焊接热源为中心，向外逐步递减的温度梯度场。温度场梯度以及动态变化过程，对焊接接头的成形状态、组织形成、力学性能以及应力变形等有着非常密切的关系。同时焊接过程是一种多变量耦合的物理治金过程，易受到各种因素的干扰。不匹配的焊接参数和不合适的工艺条件都会对焊接过程产生干扰，并影响最终的焊接质量。在众多因素中温度影响尤为重要，它不仅决定了焊缝是否能成形，还影响了熔池凝固结晶过程中晶粒的生长、元素的偏析及母材的软化程度。对焊缝质量起着决定性的作用，因此测量焊接温度分布及变化规律是十分必要。通过检测焊接温度场，以间接获取反映焊接的质量的指标。从而达到减少气孔及裂纹产生、提高组织性能、提升焊接质量的目的。

目前，对于焊接中温度的测量主要有两种途径，一是非接触式方法，则利用热成像仪、红外测温仪监测被测物体的热辐射，以获取焊接过程焊件表面的温度；二是接触测量法，接触式方法主要通过热电偶测量焊接过程中局部点的温度。非接触是测量法只能测量焊缝表面的温度，并不能获取焊缝内部温度变化的梯度。通过第二种方法，将热电偶布置在焊件的表面，只能获取表面的温度。如果将热电偶插入到焊缝中，则焊缝金属熔化后，热电偶的位置会随熔池金属的流动发生变化，所要测温点的位置就要发生变化，所测位置点温度就失去意义，同时热电偶在电弧和流动金属的作用下有可能会发生破坏。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊缝熔池热影响区域的测温装置，其能够有效缓解熔池测温不准的问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种焊缝熔池热影响区域的测温装置，包括工作台、固定装置、保护装置、焊接板和测温仪。所述固定装置设于所述工作台上。所述保护装置具有保护槽，该保护装置设于所述固定装置上。所述焊接板的顶面用于焊接加工，所述焊接板设于所述保护装置上，所述固定装置与所述焊接板设于所述保护装置的两侧以使所述保护槽形成保护腔，该保护腔内通有保护气。所述测温仪设于所述焊接板的底面，该温度仪用于测量焊接板顶面焊接时的温度。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述焊接板由尺寸相同的两个板材组成，该两个板材贴合对拼设置。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述两个板材的对拼缝处并排设有多个测温孔，所述测温仪的测温端位于测温孔内，所述测温孔数量为1～20；所述测温孔的深度为1～t

在本发明的一个或多个实施方式中，所述保护槽与所述测温孔相对应，所述保护装置的厚度为4-12mm。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述保护装置上设有与所述保护腔相连通的两个接口，该两个接口其一用于进气另一用于排气。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述固定装置包括设有螺纹的通孔，所述螺纹通孔数量与所述测温孔数量相同；所述通孔与测温孔同轴设置；所述通孔直径为(d1-0.1)～0.5mm。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述工作台上设有定位块，所述定位块的侧面设有定位基准面，该定位基准面的高度h≥1/2焊接板厚度、保护装置厚度及固定装置厚度之和。所述定位块长度为基准面高度h的2～3倍。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述定位块设有通槽，长度为定位块长度的1/3倍；所述通槽中心距离所述定位基准面的长度为所述定位块长度的2/3。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述工作台的台面为长方形，该台面下方固定有四组支撑脚；所述工作台的台面纵向长度≥焊接板长度与2倍的定位块长度之和；所述工作台的台面横向宽度≥2倍的所述焊接板宽度与2 倍的所述定位块长度。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述工作台的台面中心部位开设有方形通孔；所述方形通孔的横向长度≥两端螺纹通孔距离+20mm；所述方形通孔纵向长度≥螺纹通孔直径+20mm。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述工作台的台面开设有固定通孔，该固定通孔垂直于对拼缝方向且位于对拼缝两侧对称设有一组，该固定通孔平行于对拼缝方向且位于对拼缝两侧对称设有两组。

在本发明的一个或多个实施方式中，垂直于所述对拼缝方向的固定通孔中心距离所述台面横向边缘的长度为1/2倍的所述平台纵向长度，两固定通孔中心间距为2倍的焊接板宽度+4/3倍的定位块长度；平行于所述对拼缝方向的两组固定通孔中心距离所述台面纵向边缘的长度为1/2倍的平台横向长度- 焊接板宽度+1/2倍定位块宽度，每组固定通孔的中心间距为焊接板长度+4/3 倍的定位块长度。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述测温仪外部为中空的保护管，该保护管外壁为螺纹结构，所述保护管的底部设有绕线盘，所述保护管顶部设有台阶。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述测温仪内部设有热电偶测温分离片，所述热电偶测温线分离片放置于所述电偶保护管顶部台阶面的上方，所述热电偶测温线分离片本体开有两个小孔。

本发明的焊缝熔池热影响区域的测温装置的测温方法，包括如下步骤：

将固定装置放置在工作台的台面，固定装置上的螺纹通孔与工作台的台面方形通孔居中对置，四周定位块安装至工作台面，定位块基准面与固定装置的侧面夹紧对齐，螺栓预紧定位块；

将保护装置装配至固定装置的上方，保护槽相对于固定装置居中；将两块焊接板放置保护装置上方，焊接板四边与固定装置四边对齐，将定位块螺栓固紧；

将焊接保护气体气管与保护装置保护气接口连接；将热电偶测温线从测温仪分离片的两个小孔穿入，通过底部绕线盘收紧，热电偶测温线连接记录仪；

测温仪穿过固定装置旋至测温孔孔底，使热电偶测温点接触测温孔孔底。

在焊接机器人中输入焊缝的起始与结束点，设置焊接工艺参数，打开焊接保护气开关，打开测温记录仪，开启焊接机器人焊接，焊接完成后关闭焊接机器，关闭保护气开关，保存测温数据。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置：

在焊接板中增加不同深度和横向排布的测温孔，实现了熔池和热影响区区域内多位置点的测温。测温孔的精度通过电火花放电加工获得，将孔的尺寸及位置精度误差控制在50μm以内，保证测量焊缝及热影响区不同位置温度获取的准确性。设有的保护装置保证了焊接过程的测量的稳定性，一方面底部通有保护气体，减少熔池金属与空气中的水分及活性气体接触，一方面保护装置本身材料的高导热性是焊接过程的温度更加稳定。测温仪具有刚性保护作用，一方面防止热电偶在熔池中位置发生移动导致测温位置不准，一方面保护管中的分离片防止热电偶正负极线溶液和电弧的冲击下发生短路导致热电偶失效。在工作台和定位块共同作用下，上述部件稳固装配在一起，保证整个测温过程的稳定性和准确性。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置爆炸结构示意图；

图2是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的装配完成结构示意图；

图3是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的测温处结构示意图；

图4是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的测温处的局部放大图；

图5是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的另一角度的爆炸示意图；

图6是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的工作台俯视图；

图7是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的测温仪结构示意图；

图8是根据本发明一实施方式的焊缝熔池热影响区域的测温装置的测温点布置局域放大图及区域多点测温布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

根据本发明优选实施方式的参照图1所示，本发明提供一种焊缝熔池热影响区域的测温装置，包括：工作台5、定位块4、焊接板1、保护装置2、固定装置3及测温仪6。

参照图2～3所示，工作台5位于定位块4和固定装置3的下方，固定装置3位于保护装置2的下方，保护装置2位于焊接板1的下方，焊接板1与固定装置3水平面方向的长、宽外形尺寸相同，且焊接板1与固定装置3侧面保持对齐，定位块4位于固定装置3和焊接板1的侧面，测温仪6内装有热电偶测温线，且装有热电偶测温线的测温仪6穿过保护装置2插入到焊接板1的测温孔11内并与底部的固定装置3连接。其中测温仪6与固定装置3 的连接，不限于螺纹连接，可以是胶粘、固定夹紧或焊接等方式。

参照图3所示，焊接板1由两个板材组成且两个板材尺寸相同；两块焊接板1在水平方向对齐、对拼放置。

参照图4所示，测温孔11数量为1～20；测温孔的深度h1为1～t

参照图3与图5所示，保护装置2在纵(X轴向)、横(Y轴向)两个方向设置保护槽21；保护槽21置于对拼缝和测温孔11的下方；保护装置厚度 t

参照图5所示，工作台的台面为长方形51，台面下方固定有四组支撑脚 52；工作台的台面纵向长度L

参照图4与图5所示，工作台的台面中心部位开有方形通孔53；通孔横向长度L

参照图5与图6所示，工作台的台面开有固定通孔54，垂直于对拼缝方向左右对称设有一组，平行于对拼缝方向左右对称设有两组。垂直于对拼缝方向的固定通孔54中心的距离平台面横向边缘的距离L8为1/2L

参照图6所示，测温仪6内部为中空结构，保护管63外壁为螺纹结构，底部设有绕线盘62。保护管63头部为台阶结构，热电偶测温线分离片61放置于保护管63头部台阶面上方，分离片本体开有两个小孔611，分离片小孔直径d

参照图1～8所示，本发明还提供一种焊缝熔池热影响区域的测温装置的测温方法，包括如下步骤：

步骤S1：将固定装置3放置在工作台的台面51，固定装置3上的螺纹通孔31与工作台的台面方形通孔53居中对置，然后将定位块4安装至工作台面51，定位块基准面41与固定装置3的侧面夹紧对齐，通过螺栓预紧定位块 4；

步骤S2：将保护装置2装配至固定装置3的上方，保护槽21相对于固定装置3居中；

步骤S3：将两块焊接板1放置保护装置2上方，焊接板1四边与固定装置3四边对齐，然后紧固定位块4的螺栓；

步骤S4：将焊接保护气体气管与保护装置的保护气接口22连接；

步骤S5：将热电偶测温线从测温仪分离片61的两个小孔611穿入，通过底部绕线盘62收紧热电偶测温线，热电偶测温线连接记录仪；

步骤S6：测温仪6穿过固定装置3旋至测温孔11孔底，使热电偶测温点接触测温孔11孔底。

步骤S7：在焊接机器人中输入焊缝的起始与结束点，设置焊接工艺参数，打开焊接保护气开关，打开测温记录仪，开启焊接机器人焊接，焊接完成后关闭焊接机器，关闭保护气开关，保存测温数据。

在步骤S6中，在焊缝区域和热影响区通过加工不同直径和不同深度的测温孔11来实现测温区域的多点测温；焊缝横截面多测温点的布置参考附图8，在焊缝横截面X方向，通过控制间距X和数量N的值来决定X方向测温点的数量，在焊缝横截面Z方向，通过控制孔深Z的值来决定Z方向测温点的数量。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。