CN107328821A - 一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法和装置，包括S1：对焊缝产生一个参数可调的直流脉冲大电流，测试因为电流脉冲引起的电压差分变化量；S2：根据欧姆定律计算出焊缝的电阻值；通过焊缝电阻值与原材质电阻值的大小来评判焊缝的焊接质量；采用以上设计，在与激光焊接设备配合使用时，超过10％截面积或者2mm线长度的金属焊缝缺陷的一次检出率≥98％,测试成本为现有测试设备的10％左右，测试焊缝速度可达1米/S，自动判断，不产生射线辐射。
Description
技术领域
本发明涉及测试金属焊缝焊接质量的方法和装置，尤其涉及一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法和装置。
背景技术
现有焊缝焊接质量检测方法包括：成像类测试、渗透类或者磁类测试、力学类测试。
成像类测试：射线类成像及声波类成像。
测试特点：只能进行二维类焊接部件测试，射线类设备是特种设备，使用不便，需要人工辅助判断，需要经过专业培训，误判率高。声波类成像，缺陷显示不直观，人为判断困难，需要专业级人员配备，误判率高。
渗透类或者磁类测试
测试特点：测试速度缓慢，环境影响很大，对焊缝内部的缺陷检测效果差，对人为的判断依赖度高。
力学类测试：外加一定的力，测试结构强度和气密性
测试特点：采用压力，拉力，气压等测试，使用范围窄，具有一定的破坏性，测试结果重复度不高。
焊缝的缺欠减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。其中危害最大的是焊接裂纹和未熔合。以下是一些焊接出现的问题：1、裂纹，断焊；2、凹坑，凹陷，咬边；3、未焊满及焊接过轻；4、烧穿与过焊；5、气孔与夹渣；6、未融合及融合不良。
焊接就是保证焊缝和焊点具有足够的良好融合的面积，来保证足够的结构强度和疲劳强度。
金属焊缝的各种缺陷均对焊缝本身的电导能力有直接影响，通过测试焊缝的电导值与电导分布，来测试焊缝的焊接质量。控制方式来源于本公司的超级电容/动力力电池测试设备中的内阻测试功能，测试方式来源于本公司的高压大功率电子负载。前者要求用不同的电流脉宽来测试电力电池的欧姆内阻、浓差内阻、极化内阻对输出的影响；后者要求测试在1000V直流高压等强干扰的测试环境中，精准测试微伏级别电压降变化度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法和装置，以解决现有技术存在的上述缺陷中的至少一种。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：对焊缝产生一个参数可调的直流脉冲大电流，测试因为电流脉冲引起的电压差分变化量；
S2：根据欧姆定律计算出焊缝的电阻值；通过焊缝电阻值与原材质电阻值的大小来评判焊缝的焊接质量。
优选为，所述步骤S1中的直流脉冲大电流的可调参数分别为幅值、斜率、脉冲宽度。
优选为，所述步骤S1中的电压差分变化量通过先交流耦合再直流耦合的方式测试。
优选为，所述步骤S2中当检测到焊缝电阻值在原材质电阻值的95％‐105％阈值内为合格；焊缝电阻值在原材质电阻值的105％‐110％阈值内为小缺陷；焊缝电阻值在原材质电阻值的110％‐200％阈值内为大缺陷；焊缝电阻值在原材质电阻值的200％‐1000％阈值内为部分虚焊；焊缝电阻值大于原材质电阻值的10倍时为漏焊。
优选为，所述小缺陷为截面积小于0.1mm的气泡、波纹或者夹渣。
优选为，所述大缺陷为裂焊或者焊缝薄。
一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的装置，其特征在于，所述装置包括：
主控芯片；
与所述主控芯片相连接、用于产生脉冲电流的电流脉冲模块；
与所述主控芯片相连接、用于测量电压差分变化量并进行焊缝电阻值计算的电阻值计算模块；
与所述主控芯片相连接、用于数据存储的数据存储芯片；
与所述主控芯片相连接、用于结果显示的显示器；
以及与所述主控芯片相连接、用于控制命令输入的控制面板。
优选为，所述电流脉冲模块包括：
与所述主控芯片相连接、用于供电的电源转换及精密电源；
分别与所述主控芯片、所述电源转换及精密电源相连接、用于产生和控制回路脉冲电流的电子负载。
优选为，所述电阻值计算模块包括：
用于与焊缝相接触、测量电压差分变化量的耦合电路；
分别与所述耦合电路、所述主控芯片相连接、用于回读信号放大的运放电路；
分别与所述运放电路、所述耦合电路相连接、用于模数转换的ADC电路；
以及分别与所述ADC电路、所述主控芯片相连接的滤波运算电路。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明方法包括S1：对焊缝产生一个参数可调的直流脉冲大电流，测试因为电流脉冲引起的电压差分变化量；S2：根据欧姆定律计算出焊缝的电阻值；通过焊缝电阻值与原材质电阻值的大小来评判焊缝的焊接质量；采用以上设计，在与激光焊接设备配合使用时，超过10％截面积或者2mm线长度的金属焊缝缺陷的一次检出率≥98％,测试成本为现有测试设备的10％左右，测试焊缝速度可达1米/S，自动判断，不产生射线辐射。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的框图。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明做进一步说明。
一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：对焊缝产生一个参数可调的直流脉冲大电流，测试因为电流脉冲引起的电压差分变化量；
S2：根据欧姆定律计算出焊缝的电阻值；通过焊缝电阻值与原材质电阻值的大小来评判焊缝的焊接质量。
优选为，所述步骤S1中的直流脉冲大电流的可调参数分别为幅值、斜率、脉冲宽度。
优选为，所述步骤S1中的电压差分变化量通过先交流耦合再直流耦合的方式测试。
优选为，所述步骤S2中当检测到焊缝电阻值在原材质电阻值的95％‐105％阈值内为合格；焊缝电阻值在原材质电阻值的105％‐110％阈值内为小缺陷；焊缝电阻值在原材质电阻值的110％‐200％阈值内为大缺陷；焊缝电阻值在原材质电阻值的200％‐1000％阈值内为部分虚焊；焊缝电阻值大于原材质电阻值的10倍时为漏焊。
优选为，所述小缺陷为截面积小于0.1mm的气泡、波纹或者夹渣。
优选为，所述大缺陷为裂焊或者焊缝薄。
本实施例的测试原理是给焊缝添加一个精准无干扰的大直流脉冲电流。从而测试因为脉冲电流引起的电压扰动。通过精准测试焊缝的电导分布(阻抗)及特征，来判断焊缝是否有足够的焊接良好的金属连接面积。判断焊缝是否连接完好。
本测试的测试环境是实现标准的大直流电流脉冲。首先精密电源保证脉冲的干扰小(10ppm纹波)，稳定性好(30ppm负载调整率)。快速电子负载，幅值精确度0.05％，脉冲宽度精确度(1uS)，斜率(12bit)。并且电子负载是串联在电流回路，确实保证有足够的电压值实现在焊缝的电流脉冲。
脉冲电流引起的扰动为nV到uV的波动，而此时时存在的干扰包括uV级别的热电动势，mV级别的电磁干扰，供电的v级别的干扰，电池等电路存在的数百V的基底电压。
在数百V的基底和V级别的干扰下读准nV级别的波动是埃塔测控的核心技术，信号的多重耦合及运算算法的多重滤波是本测试的核心。
本测试采用非共端开尔文线进行测试，四线制测试方式，电流线保证足够的线径与电压回读线分开绞合，电流线在外，电压线在内，紧贴焊缝进行移动扫描即可。
测试电流脉冲异常或者采样异常，进行报警，防止因为线路连接故障或者焊缝不平导致的测试错误。
测试开始：通过软件指令或者外部高电平，测试卡进行测试。
测试结束：提供软件指令或者外部低电平，测试卡停止测试。
结果判断：测试结果判断分为单点判断和总体判断。单点判断盘当前测试点是否合格，或者分级。总体判断当前焊缝的焊点测试中合格的测试点占总点数的比例，判断合格与否。
结果指示：两个指示口，一个是当前测试点，高电平为合格，另外一个端口为总体测试，高电平为测试完毕后当前焊缝合格。测试结果和数据可以上传到测试软件。
状态指示：包括测试卡运行状态，工作状态，测试状态等。
本测试的特点在于：其精确度高，稳定性高；自动判断，不用人工干预，误判少；能快速检测出影响较大的缺陷和位置；能够精准的反映出0.1mm的焊缝截面积变化及2mm内的长度缺陷；无辐射，对焊缝无影响，对员工无影响；测试速度快，可以超过10cm/S的焊缝测试速度；缺陷检出率高，较大缺陷98％检出率；性价比高，成本低，自动化可控性高；测试手段成熟可靠，通过检测点信号，来表达金属焊接质量。
同时针对本实施例为什么不使用交流需要使用直流，原因如下：交流电流有过零点，过零点的电流畸变率太高，很难保证精确度和稳定性；交流干扰太多，线缆引起的电感，导致无法保证到焊缝的电流幅值及波形；市电，工频磁场等对测试干扰太大；对测量电路干扰太大；交流电流有集肤效应(金属表面电流大，而中心电流小)对焊缝内部质量无法监控；对磁性金属焊接测试效果差；交变电流会产生涡流，无法产生稳定干净电场及标准统一的测试环境。
同时针对本实施例为什么不使用小电流需要使用大电流，原因如下：焊缝自身阻抗很小，小电流无法测试电导变化；小电流容易受干扰，无法形成标准测试环境；小电流引起的电压降太小，测试精确度太差；焊缝的裂纹，焊穿，融化不良对小电流无反应，不易区分；焊缝内部不良，小电流测试效果差；小电流导致测试卡与焊缝之间必须很近，无法安装，便给对电磁干扰敏感。
同时针对本实施例为什么不使用持续电流需要使用脉冲，原因如下：持续电流对供电要求高，对导线连接要求太高；持续电流会导致测试卡和焊缝发热，测试卡发热会导致温飘，焊缝发热会导致更严重的热电动势及二次淬火，使焊缝二次缺陷；持续电流无法使用滤波测量。并且测试结果会包括热电动势，而热电动势的值是焊缝电阻引起的电压降的数十倍，很难分辨焊缝的电导变化，导致容错率小，误判增加；持续电流测试时无法移动，或者会灼伤金属表面。
根据上述一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，又提出了一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的装置，具体如下：
如图1所示，一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的装置，其特征在于，所述装置包括：
主控芯片；
与所述主控芯片相连接、用于产生脉冲电流的电流脉冲模块；
与所述主控芯片相连接、用于测量电压差分变化量并进行焊缝电阻值计算的电阻值计算模块；
与所述主控芯片相连接、用于数据存储的数据存储芯片；
与所述主控芯片相连接、用于结果显示的显示器；
以及与所述主控芯片相连接、用于控制命令输入的控制面板。
优选为，所述电流脉冲模块包括：
与所述主控芯片相连接、用于供电的电源转换及精密电源；
分别与所述主控芯片、所述电源转换及精密电源相连接、用于产生和控制回路脉冲电流的电子负载。
优选为，所述电阻值计算模块包括：
用于与焊缝相接触、测量电压差分变化量的耦合电路；
分别与所述耦合电路、所述主控芯片相连接、用于回读信号放大的运放电路；
分别与所述运放电路、所述耦合电路相连接、用于模数转换的ADC电路；
以及分别与所述ADC电路、所述主控芯片相连接的滤波运算电路。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。
Claims (9)
1.一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：对焊缝产生一个参数可调的直流脉冲大电流，测试因为电流脉冲引起的电压差分变化量；
S2：根据欧姆定律计算出焊缝的电阻值；通过焊缝电阻值与原材质电阻值的大小来评判焊缝的焊接质量。
2.根据权利要求1所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述步骤S1中的直流脉冲大电流的可调参数分别为幅值、斜率、脉冲宽度。
3.根据权利要求1所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述步骤S1中的电压差分变化量通过先交流耦合再直流耦合的方式测试。
4.根据权利要求1‐3中任意一项所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述步骤S2中当检测到焊缝电阻值在原材质电阻值的95％‐105％阈值内为合格；焊缝电阻值在原材质电阻值的105％‐110％阈值内为小缺陷；焊缝电阻值在原材质电阻值的110％‐200％阈值内为大缺陷；焊缝电阻值在原材质电阻值的200％‐1000％阈值内为部分虚焊；焊缝电阻值大于原材质电阻值的10倍时为漏焊。
5.根据权利要求4所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述小缺陷为截面积小于0.1mm的气泡、波纹或者夹渣。
6.根据权利要求4所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的方法，其特征在于，所述大缺陷为裂焊或者焊缝薄。
7.一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的装置，其特征在于，所述装置包括：
主控芯片；
与所述主控芯片相连接、用于产生脉冲电流的电流脉冲模块；
与所述主控芯片相连接、用于测量电压差分变化量并进行焊缝电阻值计算的电阻值计算模块；
与所述主控芯片相连接、用于数据存储的数据存储芯片；
与所述主控芯片相连接、用于结果显示的显示器；
以及与所述主控芯片相连接、用于控制命令输入的控制面板。
8.根据权利要求7所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的装置，其特征在于，所述电流脉冲模块包括：
与所述主控芯片相连接、用于供电的电源转换及精密电源；
分别与所述主控芯片、所述电源转换及精密电源相连接、用于产生和控制回路脉冲电流的电子负载。
9.根据权利要求7所述的一种用大直流电流测试金属焊缝焊接质量的装置，其特征在于，所述电阻值计算模块包括：
用于与焊缝相接触、测量电压差分变化量的耦合电路；
分别与所述耦合电路、所述主控芯片相连接、用于回读信号放大的运放电路；
分别与所述运放电路、所述耦合电路相连接、用于模数转换的ADC电路；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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