CN109623224A

CN109623224A - 一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统及使用方法

Info

Publication number: CN109623224A
Application number: CN201910140639.2A
Authority: CN
Inventors: 杨宗辉; 吴海涛; 郭丽红; 李晓泉; 段志强
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统及使用方法，包括焊件、上位机、监控软件、数据接收器及多台下位机；每一所述下位机由热电偶、热电偶压紧装置、数据采集仪和柔性底座构成，下位机通过柔性底座固定在所述焊件表面；热电偶的热端通过热电偶压紧装置紧压在焊件接头的监控点，冷端连接数据采集仪；每一所述下位机采集对应接头的监控信息，并通过蓝牙发送给数据接收器，数据接收器把所有接头的监控信息传输给上位机；所述监控软件分析每个接头的监控信息，出现异常时，对应所述下位机和所述上位机报警并显示原因。本发明能实时准确监控生产现场多个接头的焊接热循环及焊接热规范，简化了焊接生产管理，确保了焊件接头质量。

Description

一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统及使用方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统及使用方法。

背景技术

焊接热循环和焊接热规范是决定焊件接头组织与性能的关键因素。对于重要的焊接结构，如压力容器、锅炉、核电设备、低温储存设备等，为避免焊件接头脆化或产生裂纹，必须严格控制焊接热循环和焊接热规范。在实际生产当中，对于焊接热循环，主要控制其峰值温度、相变温度以上停留时间、800℃～500℃的冷却速度、800℃～300℃的冷却速度等热参数，对于焊接热规范，则主要控制焊前预热温度、层间温度、后热温度及焊后热处理规范。

目前，焊接生产现场监控焊接热循环和焊接热规范主要采用红外测温笔测温，这种方法只能获得某些时间点的温度值，需要管理人员不断地反复测量，费时费力，且无法及时获知焊接过程中因焊工不按规范操作导致的焊接热循环异常或焊接热规范异常，焊接结束后更无法准确判断。在焊接一些离地面较高的重要小管径接头时，监控焊接热循环主要采用焊接热影响区贴高温试纸法及涂显色剂法，不合格的焊接热循环导致试纸或显色剂显示不同的颜色，这两种方法精度不高，且只反映了焊接热循环的峰值温度及相变温度以上停留时间，无法记录整个焊接热循环过程，也无法获得800℃～500℃的冷却速度、800℃～300℃的冷却速度等重要的热参数。焊接热影响区贴高温试纸法及涂显色剂法也不能监控焊接热规范。可见，目前由于缺乏合适的仪器设备，焊接生产当中还没有实现对焊接热循环和焊接热规范的实时监控。如果能在焊接生产当中实时监控焊接热循环和焊接热规范，确保它们保持在正常范围内，对提高焊件接头的性能具有重要作用。利用本发明的系统，可实时监控各焊件接头的焊接热循环和焊接热规范，实现对焊件接头的质量控制。目前，有关实时监控生产现场焊件接头的焊接热循环和焊接热规范的研究与应用未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统及使用方法，利用成熟的蓝牙无线通讯技术，对焊接生产现场的多个焊件接头同时进行焊接热循环和焊接热规范的实时监控；该监控系统小巧坚固，使用简单方便，可适用不同形状的焊件，并且对焊接操作无干扰，具有很好的适应性。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：本发明的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，包括焊件，其创新点在于：还包括上位机、监控软件、数据接收器及多台下位机；每一所述下位机由热电偶、热电偶压紧装置、数据采集仪和柔性底座构成，所述下位机通过柔性底座固定在所述焊件表面；所述热电偶的热端通过热电偶压紧装置紧压在焊件接头的监控点，所述热电偶的冷端与数据采集仪连接；所述数据采集仪内置有热电偶放大电路、单片机控制器、供电模块和蓝牙从模块，所述热电偶放大电路对热电偶传感信号进行冷端补偿、运算放大，所述单片机控制器完成信号的模数转换、并按设定公式进行温度值的计算，获得焊接热循环数据和焊接热规范数据，所述蓝牙从模块通过蓝牙无线通信技术将获得的监控点焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给所述数据接收器；所述数据接收器内置有单片机控制器、供电模块和多个蓝牙主模块，所述单片机控制器控制每一所述蓝牙主模块与所述数据采集仪中蓝牙从模块之间的无线通信，并通过串口通信技术将接收的所有焊接热循环数据和焊接热规范数据上传到所述上位机做进一步处理，同时也接收与处理所述上位机发过来的控制指令及报警信息；所述上位机安装有监控软件，且所述监控软件对焊接热循环数据和焊接热规范数据进行存储、热循环曲线绘制及数据分析。

优选的，所述热电偶压紧装置由小直径刚性管和弹簧机构组成；所述热电偶装在所述小直径刚性管中，并通过弹簧机构将所述热电偶的热端紧压在所述焊件接头的监控点。

优选的，所述焊件为板状或管状或筒状。

优选的，所述柔性底座为节状柔性结构，且通过速干胶水与所述焊件固定连接。

优选的，所述数据采集仪上还设有液晶显示屏和报警灯。

本发明的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的使用方法，其创新点在于包括以下步骤：

步骤一：确定每个被监控的焊件接头的监控点位置，并对监控点进行除锈，直至露出金属光泽；

步骤二：每个监控点均配置有一台下位机；调整下位机的位置，使热电偶的热端和监控点接触，然后在柔性底座和焊件之间滴入少许速干胶水，使其固定，从而使热电偶的热端紧压在监控点；

步骤三：打开上位机中的监控软件，给每个显示窗口编号，以对应所监控的各焊件接头；设置各焊件接头的焊接热循环参数报警阙值及焊接热规范报警阈值；

步骤四：启动下位机和数据接收器，焊件接头处开始焊接或开始预热，下位机的热电偶和数据采集仪开始采集焊接热循环数据和焊接热规范数据，再将采集到的焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给数据接收器；

步骤五：数据接收器接收所有下位机发送过来的焊接热循环数据和焊接热规范数据，并通过串口通信技术将获得的焊接热循环数据和焊接热规范数据上传到上位机；

步骤六：上位机的监控软件将获得的焊接热循环数据和焊接热规范数据进行存储与热循环曲线绘制，并通过实时分析数据来监控各焊件接头的焊接热循环参数及焊接热规范值是否正常；

步骤七：当某监控点的焊接热循环参数或焊接热规范值高于或低于报警阈值，上位机与对应下位机同时报警并显示报警的具体原因；

步骤八：焊接过程结束，关闭数据接收器和下位机，用工具轻叩柔性底座，取下下位机。

优选的，在所述步骤三中，焊接热规范包括焊接预热温度、层间温度、焊接后热温度及焊后热处理规范。

优选的，在所述步骤四中，数据采集仪中的热电偶放大电路对热电偶传感信号进行冷端补偿、运算放大，再由数据采集仪中的单片机控制器完成信号的模数转换、并按设定公式进行温度值的计算，从而获得焊接热循环数据和焊接热规范数据；最后由数据采集仪中的蓝牙从模块通过蓝牙无线通信技术将焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给数据接收器。

优选的，在所述步骤五中，数据接收器中的单片机控制器对数据接收器中的蓝牙主模块与数据采集仪中的蓝牙从模块之间的数据传输进行控制；且数据接收器中的每个蓝牙主模块最多同时和7个数据采集仪中的蓝牙从模块进行通讯。

本发明的有益效果：

（1）生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统能实时准确监控生产现场多个焊件接头的焊接热循环，并能自动提取焊接热循环的重要参数，当焊接工艺规范不合适或操作人员不遵守焊接工艺规范等原因导致的焊接热循环异常时，自动报警，大大简化了焊接生产现场的焊接质量管理，提高了焊件接头质量。

（2）生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统能实时监控焊件的焊接热规范，包括焊前预热温度、层间温度、焊后热处理温度等，当操作人员没有严格执行焊接热规范导致其异常时，自动报警，实现了焊件焊接全过程的监控，降低了焊件接头的焊接缺陷率，进一步提高了焊件接头质量。

（3）生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统小巧坚固，使用简单方便，可快速牢固地安放在板状、管状、筒状等大部分形状的焊件上，并且对手工焊或自动焊焊接操作无干扰，具有很好的适应性。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统。

图2为本发明一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的系统框图。

图3为本发明一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的监控软件功能框图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，包括焊件1，具体结构如图1、图2所示，还包括多台下位机2、数据接收器3、上位机4及监控软件，其中，每一台下位机均由热电偶5、热电偶压紧装置6、数据采集仪7和柔性底座8构成；本发明的监控系统可同时监控焊接生产现场的多个焊件接头。

本发明中的热电偶压紧装置6包括小直径刚性管和弹簧机构，如图1、图2所示，热电偶5装在小直径刚性管中，并通过弹簧机构将热电偶5的热端紧压在焊件1焊接接头的监控点；热电偶5的冷端连接对应的数据采集仪7。下位机2通过柔性底座8固定在焊件1表面，该柔性底座8为节状柔性结构，方便下位机2在板状、管状、筒状等大部分焊件1的表面得以固定，且柔性底座8通过速干胶水与焊件1固定连接，速干胶水的使用，还便于后续取下下位机2。

数据采集仪7内置有热电偶放大电路、单片机控制器、供电模块和蓝牙从模块，如图1、图2所示，热电偶放大电路对热电偶传感信号进行冷端补偿、运算放大，然后由单片机控制器完成信号的模数转换、并按设定公式进行温度值的计算，获得焊接热循环数据和焊接热规范数据，最后蓝牙从模块通过蓝牙无线通信技术将获得的焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给数据接收器3。

本发明在数据采集仪7上还设有液晶显示屏和报警灯。该液晶显示屏实时显示监控点温度；当监控参数高于（或低于）阈值，数据采集仪7上的报警灯闪烁并在液晶显示屏上显示报警具体原因。

本发明中数据接收器3通过串口通信方式与上位机4连接，如图1、图2所示，数据接收器3内置有单片机控制器、供电模块和多个蓝牙主模块，单片机控制器控制每个蓝牙主模块并通过串口通信技术将接收的焊接热循环数据和焊接热规范数据上传到上位机4做进一步处理，同时也接收与处理上位机发过来的控制指令及报警信息；而且每个蓝牙主模块最多同时和7个数据采集仪7中的蓝牙从模块进行通讯。

本发明在上位机4中安装有焊接热循环和焊接热规范的监控软件，如图3所示，该监控软件具备以下主要功能： 1）实时显示和存储多个焊件接头的焊接热循环与焊接热规范数据信息； 2）可调出多个焊件接头的焊接热循环与焊接热规范数据信息； 3）自动计算出焊接热循环曲线的特征参数； 4）自动判断预热温度、层间温度、后热温度及焊后热处理温度等焊接热规范是否合格； 5）可设定焊接热循环参数与焊接热规范的报警阈值，当焊接热循环参数与焊接热规范值高于（或低于）阈值时，上位机4报警，同时把报警信息发送至下位机2。

本发明的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：对于每一个被监控焊件1的焊接接头，在离坡口边缘1~6mm处选择一个监控点，用砂纸对监控点进行打磨除锈，直至露出金属光泽。

步骤二：每个被监控焊件1的焊接接头均配置一台下位机2；调整下位机2的位置，使热电偶5的热端处于监控点；然后在柔性底座8和焊接1之间滴入少许速干胶水，使下位机2固定，热电偶5的热端在热电偶压紧装置6的弹簧力作用下和监控点紧密接触。

步骤三：打开上位机4中焊接热循环和焊接热规范监控软件，先给每个显示窗口编号，以对应所监控的各焊件1的焊接接头。根据焊件1的材质、接头形式、接头质量要求、焊接方法等因素，确定需要监控的焊接热循环具体参数及具体的焊接热规范，并在监控软件中设置报警阈值；其中，焊接热规范包括焊接预热温度、层间温度、焊接后热温度及焊后热处理规范。

例如，采用手工电弧焊焊接壁厚8 mm，外径150 mm的14MnMoNbB低碳调质钢钢管对接焊缝，单面焊双面成形，一共需焊接三道。确定的监控点距离坡口边缘2 mm。确定需要监控的焊接热循环具体参数为：每道焊的峰值温度、第三道焊的T_8/3，相变温度以上（1100℃）的停留时间。确定需要监控的具体焊接热规范：预热温度，层（道）间温度，后热温度与保温时间。

预热温度阈值设定为100 ℃和120 ℃，若被焊件预热温度未达到100 ℃便开始焊接或超过120 ℃还未开始焊接，上位机4与对应下位机2报警；进入焊接状态后，第一道焊的峰值温度阈值设置为600 ℃，第二道焊的峰值温度阈值设置为1000 ℃，第三道焊的峰值温度阈值设置为1300 ℃，如果超过这些温度，上位机4与对应下位机2报警；第三道焊的T_8/5阈值设置为6 s和25 s，接头从800 ℃到500 ℃的冷却时间小于6 s或大于20 s时，上位机4与对应下位机2报警；第三道焊的相变温度以上（1100℃）停留时间阈值设置为8 s，超过8 s时，上位机4与对应下位机2报警；焊件接头的后热温度阈值设置为200 ℃和250 ℃，后热保温时间设置为120 min和150 min，当后热温度低于200 ℃或超过250 ℃，后热保温时间短于120 min或长于150 min时，上位机4与对应下位机2报警。

步骤四：启动下位机2和数据接收器3；焊件1焊接接头处开始焊接（如果焊件1焊接前需要预热，焊接操作人员注意观察数据采集仪7上的温度显示值，当达到预热温度后开始焊接），热电偶5将对应监控点的热电偶传感信号传给数据采集仪7，数据采集仪7的热电偶放大电路对热电偶传感信号进行冷端补偿、运算放大，再由数据采集仪7的单片机控制器完成信号的模数转换、并按设定公式进行温度值的计算，从而获得焊接热循环数据和焊接热规范数据，最后由数据采集仪7的蓝牙从模块通过蓝牙无线通信技术将焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给数据接收器3。

步骤五：数据接收器3接收每个下位机2获得的焊接热循环数据和焊接热规范数据，并通过串口通信技术将获得的焊接热循环数据和焊接热规范数据上传到上位机4。

步骤六：上位机4上的监控软件将获得的焊接热循环数据和焊接热规范数据进行存储与热循环曲线绘制，并通过实时分析数据来监控各焊件1接头的焊接热循环参数及焊接热规范值是否正常。

步骤七：当焊接热循环参数或焊接热规范值高于或低于报警阈值，上位机4与下位机2同时报警并在上位机4的显示器和下位机2的液晶显示屏上显示报警的具体原因。

步骤八：焊接及焊后热处理过程结束后，关闭数据接收器3和下位机2，用工具轻叩柔性底座8，取下下位机2。

本发明的有益效果：

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims

1.一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，包括焊件，其特征在于：还包括上位机、监控软件、数据接收器及多台下位机；每一所述下位机由热电偶、热电偶压紧装置、数据采集仪和柔性底座构成，所述下位机通过柔性底座固定在所述焊件表面；所述热电偶的热端通过热电偶压紧装置紧压在焊件接头的监控点，所述热电偶的冷端与数据采集仪连接；所述数据采集仪内置有热电偶放大电路、单片机控制器、供电模块和蓝牙从模块，所述热电偶放大电路对热电偶传感信号进行冷端补偿、运算放大，所述单片机控制器完成信号的模数转换、并按设定公式进行温度值的计算，获得焊接热循环数据和焊接热规范数据，所述蓝牙从模块通过蓝牙无线通信技术将获得的监控点焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给所述数据接收器；所述数据接收器内置有单片机控制器、供电模块和多个蓝牙主模块，所述单片机控制器控制每一所述蓝牙主模块与所述数据采集仪中蓝牙从模块之间的无线通信，并通过串口通信技术将接收的所有焊接热循环数据和焊接热规范数据上传到所述上位机做进一步处理，同时也接收与处理所述上位机发过来的控制指令及报警信息；所述上位机安装有监控软件，且所述监控软件对焊接热循环数据和焊接热规范数据进行存储、热循环曲线绘制及数据分析。

2.根据权利要求1所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，其特征在于：所述热电偶压紧装置由小直径刚性管和弹簧机构组成；所述热电偶装在所述小直径刚性管中，并通过弹簧机构将所述热电偶的热端紧压在所述焊件接头的监控点。

3.根据权利要求1所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，其特征在于：所述焊件为板状或管状或筒状。

4.根据权利要求1所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，其特征在于：所述柔性底座为节状柔性结构，且通过速干胶水与所述焊件固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统，其特征在于：所述数据采集仪上还设有液晶显示屏和报警灯。

6.一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的使用方法，其特征在于：在所述步骤三中，焊接热规范包括焊接预热温度、层间温度、焊接后热温度及焊后热处理规范。

8.根据权利要求6所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的使用方法，其特征在于：在所述步骤四中，数据采集仪中的热电偶放大电路对热电偶传感信号进行冷端补偿、运算放大，再由数据采集仪中的单片机控制器完成信号的模数转换、并按设定公式进行温度值的计算，从而获得焊接热循环数据和焊接热规范数据；最后由数据采集仪中的蓝牙从模块通过蓝牙无线通信技术将焊接热循环数据和焊接热规范数据实时发送给数据接收器。

9.根据权利要求6所述的一种生产用焊接热循环与焊接热规范监控系统的使用方法，其特征在于：在所述步骤五中，数据接收器中的单片机控制器对数据接收器中的蓝牙主模块与数据采集仪中的蓝牙从模块之间的数据传输进行控制；且数据接收器中的每个蓝牙主模块最多同时和7个数据采集仪中的蓝牙从模块进行通讯。