CN102707029B

CN102707029B - 激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法

Info

Publication number: CN102707029B
Application number: CN201210170560.2A
Authority: CN
Inventors: 陶登国; 宋俊; 曾建峰
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: CN102707029A

Abstract

激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，首先，在激光加工头后方安装硬度检测探头、超声波检测探头和涡流检测探头，分别头对焊缝母材、热影响区、熔合区及焊缝区、焊缝外观形貌、焊缝内部形貌进行检测；得到上述焊缝特征的七种波形曲线；对该焊缝进行剪切做成两根试样，一试样杯突试验，另一试样反弯试验；焊接100根以上焊缝，并分别做杯突和反弯试验，根据试验结果，对焊缝进行筛选，将符合筛选条件的焊缝选出，再调阅这些焊缝的七种波形曲线，按曲线种类进行高斯拟合，得到七种拟合后的标准曲线纳入专家库系统；然后，继续进行焊接，将焊接得到的曲线与专家库系统标准曲线进行拟合度分析，拟合度≥95%即判定焊缝质量良好。

Description

激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法

技术领域

本发明涉及激光焊接的焊缝检测技术，尤其涉及一种激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法。

背景技术

在冷轧连续生产工艺中，非常重要的一点就是将前行热轧带钢的末端与后续带钢的头部焊接起来形成焊缝，然后使其通过轧线，形成连续轧制，可大大提高生产效率。此时，如果焊缝质量不良，则焊缝在通过轧制线时会出现断带，导致生产中断。激光焊接技术因激光焊接质量高、无接触、深宽比大、变形小、焊接美观、而且焊缝的机械性能基本与母材一致，因此适于许多领域尤其是钢带板材的焊接。但是对于硅钢产品来说，由于材料中含硅量相比普碳钢要高的多，材料的塑性和韧性较差，对这种材料进行激光焊接，焊缝脆性大，并产生较大的焊缝应力，致使焊缝的机械性能与母材相比有一定的差距，特别是抗弯曲强度显著下降，这就难以满足对焊缝机械性能有较高要求的领域，如连续性冷轧机组。

目前，硅钢冷连轧过程中对于焊缝质量的判断主要是依据焊缝外观质量的检查，焊缝外观形貌的检查只能判别焊缝的成形性能而无法预知焊缝的机械性能，因此这种方法是极其片面的，不能完全准确的预判焊缝质量，焊缝质量不良的漏检率高，经连续轧制后焊缝断带较多。

现有技术存在问题：

1、硅钢激光焊接后焊缝质量主要依据人工目视外观形貌，而对焊缝的机械性能无法进行科学判断。

2、对硅钢激光焊接后焊缝机械性能的检测均为离线、破坏性测试，无法实现焊缝质量的在线检测和判定。

目前比较具有代表性的激光焊接焊缝检查方法是通过机械探针或光学测距仪或声学测距仪来扫描焊缝高度，根据焊缝增高区来探测焊缝缺陷。这种方法是借助焊缝高度连续扫描的方式，属于焊缝外观质量的检查方法，焊缝外观形貌的检查只能判别焊缝的成形性能而无法判知焊缝的机械性能，因此依靠这种方法判断焊缝质量是片面的，也不能完全准确的判断焊缝质量，焊缝质量不良的漏检率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，通过焊缝区域硬度、超声波、涡流的连续检测扫描，能够判知焊缝外观形貌及机械性能，从而准确判断出焊缝质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明根据无取向硅钢的激光焊接特性，利用硬度检测的方法对在线焊缝的母材、热影响区、熔合区及焊缝区的硬度进行连续测试扫描，同时信号输出并比对作为焊缝机械性能判定的依据，从而准确预判焊缝质量，降低焊缝在连续轧制过程中的断带率。

具体地，本发明的激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，包括如下步骤：

1) 在激光加工头后方，安装硬度检测探头、超声波检测探头和涡流检测探头，所述三种检测探头安装位置与激光加工头距离在100mm以上，焊接时与激光加工头随动；

2) 硬度检测探头沿垂直于焊接方向即垂直于带钢宽度方向安装四组，分别对焊缝的母材、热影响区、熔合区及焊缝区进行打点测量，测量间距为10~20mm；所测硬度数据用于表征焊缝区域的机械性能，将数据返回给计算机并进行储存；

3) 超声波检测探头沿焊接方向，对焊缝外观形貌进行连续性检测，检测内容包括焊缝的堆高、咬边，将所测数据返回给计算机并储存；

4) 涡流检测探头沿焊接方向，对焊缝内部形貌进行连续性检测，将所测数据返回给计算机并储存；

5) 通过所述步骤2）、3）、4），得到当前焊缝的相关性能表述，即包括：焊缝母材、热影响区、熔合区、焊缝区的硬度曲线；焊缝的堆高和咬边曲线；以及焊缝内部形貌曲线；将上述七种波形曲线保存在计算机中待用；

6) 对该焊缝进行剪切，分别做成两种规格试样；

7) 对其中一根试样进行杯突试验，试验采用杯突试验机，将夹紧的试样压入压模内，直至出现穿透裂缝为止，记录此时所测量的杯突深度B；

8) 对另一根试样进行反弯试验，试验采用反弯试验机，将夹紧的反复弯曲，直至试样断裂为止，记录此时的反弯次数F；

9) 依照上述2）~6）的步骤，焊接100根以上焊缝，并依照上述步骤7）、8），对这些焊缝做杯突和反弯试验；

10) 根据杯突和反弯试验结果，对这些焊缝进行筛选，筛选条件为：

设所需通板机组的弯曲次数为n，则：杯突深度B≥5mm×（n+1），

反弯次数F≥n+2；

11) 将符合所述筛选条件的焊缝选出，再从计算机中调阅这些焊缝的七种波形曲线，按曲线种类进行高斯拟合，得到七种拟合后的标准曲线；将该七种标准曲线纳入专家库系统，用于焊缝质量的在线评估；

12) 继续使用2）~6）的步骤进行焊接，将焊接得到的曲线与专家库系统的标准曲线进行拟合度分析，拟合度≥95%即判定焊缝质量良好，输出焊缝判断结果，信息显示“OK”提示可以放行；否则显示“NG”提示操作人员进行重焊。

进一步，在激光加工头后方依次安装硬度检测探头、超声波检测探头和涡流检测探头。

又，步骤6）两根试样的规格为100mm×20mm和900mm×20mm。

上述硬度检测探头对焊缝的母材、热影响区、熔合区及焊缝区进行打点测量、超声波检测探头对焊缝外观形貌进行连续性检测、涡流检测探头对焊缝内部形貌进行连续性检测获得七种波形曲线以及按曲线种类进行高斯拟合，均为现有技术，在此不再赘述。

本发明的有益效果：

本发明通过硬度检测、超声波检测、涡流探伤三种检测方法，对激光填丝焊缝的机械性能、形貌特征、内部缺陷进行了量化性的表述，并采用杯突、反弯两种试验方法对所测焊缝的实际性能进行测试，在一定试样累积的基础上形成全新的焊缝质量评估专家库系统，再通过在线检测的方法，将检测得到的波形曲线与专家库系统进行拟合验证，从而达到正确评估焊缝质量的目的。

本发明方法的创造性在于，对焊缝质量的优劣，提出了量化性的表征方法，并利用拟合曲线进行验证，完全避免了以往人工检测存在的标准不一、检测存在盲区等问题。经现场实际验证，使用本发明检测方法后，焊缝质量不良的检出率≥99.98%，焊缝断带率≤1‰，能够大大提高冷轧产线的生产效率。

附图说明

图1为本发明焊缝质量在线检测系统的示意图。

图2为本发明焊缝的结构示意图。

图3为本发明焊缝质量在线评估流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

参见图1~图3，本发明的激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，包括如下步骤：

1）在激光加工头1后方，依次安装硬度检测探头2、超声波检测探头3和涡流检测探头4，所述硬度检测探头2安装位置与激光加工头1距离120mm以上，之后依次安装超声波检测探头3和涡流检测探头4，探头之间的间距为50mm，焊接时与激光加工头1随动；

2）硬度检测探头2平行安装四组，沿焊接方向，分别对焊缝100的母材、热影响区、熔合区及焊缝区进行打点测量，测量间距15mm。所测硬度数据用于表征焊缝区域的机械性能，将数据返回给计算机并进行储存；

3）超声波检测探头3沿焊接方向，对焊缝外观形貌进行连续性检测，检测内容包括焊缝的堆高、咬边，将所测数据返回给计算机并储存；

4）涡流检测探头4沿焊接方向，对焊缝内部形貌进行连续性检测，将所测数据返回给计算机并储存；

5）通过所述步骤2）、3）、4），可得到当前焊缝的相关性能表述，其应该包括：焊缝母材10、热影响区20、熔合区30、焊缝区40（如图2所示）的硬度曲线；焊缝的堆高和咬边曲线；以及焊缝内部形貌曲线；将上述七种波形曲线保存在计算机中待用；

6）对该焊缝进行剪切，分别做成100mm×20mm和900mm×20mm的两根试样；

7）对规格为900mm×20mm的试样进行杯突试验，试验采用市面可售的杯突试验机（如JBS-300型试验机），将夹紧的试样压入压模内，直至出现穿透裂缝为止，记录此时所测量的杯突深度B；

8）对规格为100mm×20mm的试样进行反弯试验，试验采用市面可售的反弯试验机（如GW-40B型试验机），将夹紧的反复弯曲，直至试样断裂为止，记录此时的反弯次数F；

9）依照上述2）~6）的步骤，焊接200根焊缝，并依照上述7）~9）的步骤，对这些焊缝做杯突和反弯试验

10）根据杯突和反弯试验结果，对这些焊缝进行筛选，筛选条件为：

所需通板机组的弯曲次数为8次，

则：杯突深度B≥5mm×（8+1）=45mm

反弯次数F≥8+2=10次

11）将杯突深度B≥45mm、反弯次数F≥10次的焊缝选出，再从计算机中调阅这些焊缝的七种波形曲线，按曲线种类进行高斯拟合，得到七种拟合后的标准曲线；将该七种标准曲线纳入专家库系统，用于焊缝质量的在线评估；

12）继续使用2）~6）的步骤进行焊接，将焊接得到的曲线与标准曲线进行拟合度分析，拟合度≥95%即判定焊缝质量良好，输出焊缝判断结果，信息显示“OK”提示可以放行；否则显示“NG”提示操作人员进行重焊。

综上所述，本发明通过硬度检测、超声波检测、涡流探伤三种检测方法，对激光填丝焊缝的机械性能、形貌特征、内部缺陷进行了量化性的表述，并采用杯突、反弯两种试验方法对所测焊缝的实际性能进行测试，在一定试样累积的基础上形成全新的焊缝质量评估专家库系统，再通过在线检测的方法，将检测得到的波形曲线与专家库系统进行拟合验证，从而达到正确评估焊缝质量的目的。

Claims

1.激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，包括如下步骤：

1)在激光加工头后方，安装硬度检测探头、超声波检测探头和涡流检测探头，所述三种检测探头安装位置与激光加工头距离在100mm以上，焊接时与激光加工头随动；

2)硬度检测探头沿垂直于焊接方向即垂直于带钢宽度方向安装四组，分别对焊缝的母材、热影响区、熔合区及焊缝区进行打点测量，测量间距为10～20mm；所测硬度数据用于表征焊缝区域的机械性能，将数据返回给计算机并进行储存；

3)超声波检测探头沿焊接方向，对焊缝外观形貌进行连续性检测，检测内容包括焊缝的堆高、咬边，将所测数据返回给计算机并储存；

4)涡流检测探头沿焊接方向，对焊缝内部形貌进行连续性检测，将所测数据返回给计算机并储存；

5)通过所述步骤2）、3）、4），得到当前焊缝的相关性能表述，即包括：焊缝母材、热影响区、熔合区、焊缝区的硬度曲线；焊缝的堆高和咬边曲线；以及焊缝内部形貌曲线；将上述七种波形曲线保存在计算机中待用；

6)对该焊缝进行剪切，分别做成两种规格试样；

7)对其中一根试样进行杯突试验，试验采用杯突试验机，将夹紧的试样压入压模内，直至出现穿透裂缝为止，记录此时所测量的杯突深度B；

8)对另一根试样进行反弯试验，试验采用反弯试验机，将夹紧的试样反复弯曲，直至试样断裂为止，记录此时的反弯次数F；

9)依照上述2）～6）的步骤，焊接100根以上焊缝，并依照上述步骤7）、8），对这些焊缝做杯突和反弯试验；

10)根据杯突和反弯试验结果，对这些焊缝进行筛选，筛选条件为：设所需通板机组的弯曲次数为n，则：杯突深度B≥5mm×（n+1），反弯次数F≥n+2；

11)将符合所述筛选条件的焊缝选出，再从计算机中调阅这些焊缝的七种波形曲线，按曲线种类进行高斯拟合，得到七种拟合后的标准曲线；将该七种标准曲线纳入专家库系统，用于焊缝质量的在线评估；

12)继续使用2）～6）的步骤进行焊接，将焊接得到的曲线与专家库系统的标准曲线进行拟合度分析，拟合度≥95%即判定焊缝质量良好，输出焊缝判断结果，信息显示“OK”提示可以放行；否则显示“NG”提示操作人员进行重焊。

2.如权利要求1所述的激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，其特征是，在激光加工头后方依次安装硬度检测探头、超声波检测探头和涡流检测探头。

3.如权利要求1所述的激光填丝焊焊缝质量在线检测及评估方法，其特征是，步骤6）两根试样的规格为100mm×20mm和900mm×20mm。