CN109759751B - 一种辐射环境下焊接件的焊接质量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电焊接检测技术领域。为了实现对辐射环境下焊接件的焊接质量检测，保证检测的效率和质量，本发明公开了一种辐射环境下焊接件的焊接质量检测方法。该检测方法包括以下具体步骤；步骤S1，进行辐射区域中待焊接件的实际焊接操作，并且采集和记录焊接数据；步骤S2，建立模拟焊接件；步骤S3，进行模拟焊接件的焊接操作和焊接质量检测；步骤S4，进行辐射区域中待焊接件的焊接质量检测。采用本发明的方法对辐射环境中的焊接件进行焊接操作及其焊接质量检测，可以快速精准完成对辐射区域中焊接件的焊接质量检测，提高对焊接件质量检测的效率和质量。

Description

一种辐射环境下焊接件的焊接质量检测方法

技术领域

本发明属于核电焊接检测技术领域，具体涉及一种辐射环境下焊接件的焊接质量检测方法。

背景技术

在核电站中铺设有大量的管道，而这些管道则分布在不同的环境区域内，其中就包括位于高辐射环境区域内的管道。位于辐射环境区域内的管道在初期铺设安装过程中，与其他环境区域内的管道铺设操作没有特殊区别，借助焊接人员或焊机进行现场的焊接安装和焊接质量检测即可。

然而，在后期核电站运行过程中，如果位于辐射环境内的管道发生破损需要修补焊接时，则需要快速准确完成管道的修复，避免发生严重的经济损失以及可能发生的重大环境污染。目前，针对核电站在役检维修过程的焊后检测操作，通常需要检测人员进入到含有辐射剂量的区域对焊接后的管道进行全方位的检测操作。这样，检测人员需长时间处于辐射环境下进行工作，此时即便借助防辐射服也会对人身的安全产生很大威胁，影响检测人员的生命安全，而且由于穿戴防护装置进行检测会导致操作不便，致使检测周期加长、工作效率低下，同时辐射环境中的焊接管道无法进行破坏性试验。影响检测质量。

发明内容

为了实现对辐射环境下焊接件的焊接质量检测，保证检测的效率和质量，本发明提出了一种辐射环境下焊接件的焊接质量检测方法。该检测方法，包括以下具体步骤：

步骤S1,进行辐射区域中待焊接件的实际焊接操作，并且采集和记录焊接数据；采用自动焊设备对辐射区域中的待焊接件进行自动焊接，与此同时，借助传感器对自动焊接的实际焊接参数进行采集，借助焊接定位装置对焊接位置进行跟踪定位，从而形成由焊接位置与焊接参数一一对应的焊接数据；

步骤S2，建立模拟焊接件；在非辐射区域中进行模拟焊接件的建立，所述模拟焊接件的材质、尺寸以及焊缝位置和焊缝尺寸等焊接条件与辐射区域中的待焊接件保持相同；

步骤S3，进行模拟焊接件的焊接操作和焊接质量检测；首先，采用步骤S1中获得的焊接数据，借助与步骤S1中相同的自动焊设备对非辐射区域中的模拟焊接件进行自动焊接操作；然后，对完成焊接操作的模拟焊接件进行焊接质量的检测；

步骤S4，进行辐射区域中待焊接件的焊接质量检测；首先，根据模拟焊接件的焊接质量检测结果，对待焊接件的焊接质量进行评估；然后，根据对待焊接件的焊接质量评估结果，由检测人员进入辐射区域对待焊接件进行选择性焊接检测。

优选的，所述步骤S1中的焊接数据，以焊接位置为标签进行对应焊接位置的焊接数据存储，并且在所述步骤S3中，根据焊接位置的变化，调用步骤S1中获得的相应焊接数据进行焊接操作。

优选的，所述焊接定位装置由多个光传感器、定位指针和固定板组成，并且多个所述光传感器按焊缝的形状排布固定在所述固定板上；焊接过程中，所述光传感器与所述定位指针之间发生相对移动，所述定位指针依次划过多个所述光传感器形成对应的焊接定位数据。

进一步优选的，所述待焊接件的焊缝为竖直平面内的环形焊缝；其中，所述固定板沿竖直方向固定在焊接机头上，多个所述光传感器沿环形分布固定在固定板上，所述定位指针的中间部分转动固定在由多个所述光传感器组成的圆环中心位置，所述定位指针的下端为配重端、上端为遮盖端，并且所述定位指针的上端延伸至多个所述光传感器围成的环形位置。

进一步优选的，所述待焊接件的焊缝为水平面内的环形焊缝；其中，所述固定板沿水平方向固定在焊接机头上；多个所述光传感器沿环形分布固定在固定板上，所述定位指针的中间部分转动固定在由多个所述光传感器组成的圆环中心位置，所述定位指针的一端为磁体端、另一端为遮盖端，并且所述定位指针的遮盖端延伸至多个所述光传感器围成的环形位置。

进一步优选的，所述待焊接件的焊缝为水平面内的焊缝；其中，多个所述光传感器通过固定板依次排列固定在焊缝的一侧，所述定位指针与所述自动焊接设备的焊接机头固定连接并且随焊接机头的移动依次划过所述光传感器。

优选的，在所述步骤S1的焊接过程中，焊接中断时记录焊接位置变化和中断时长，并且在所述步骤S3中根据该焊接中断的位置变化和中断时长进行模拟焊接件的焊接中断操作。

进一步优选的，在所述步骤S1中，以熄弧位置和熄弧时刻作为中断的停焊位置和计时起始时刻，以再次的起弧位置和起弧时刻作为中断的复焊位置和计时停止时刻。

优选的，在所述步骤S1中，借助传感器对焊接的环境参数进行采集记录，并且在所述步骤S2中根据该焊接的环境参数进行模拟焊接件的建立。

优选的，在所述步骤S3中，借助传感器和焊接定位装置对模拟焊接过程的实际焊接参数和焊接位置进行采集并形成相应的模拟焊接数据，进而与所述步骤S1中获得实际焊接数据进行比对，从而控制模拟焊接与实际焊接之间的焊接误差。

采用本发明的方法对辐射环境中的焊接件进行焊接操作及其焊接质量检测时，具有以下有益效果：

1、在本发明中，通过首先在辐射区域对待焊接件进行焊接操作，接着在非辐射区域建立与辐射区域待焊接件相同的模拟焊接件，并且采用对待焊接件的焊接参数对模拟焊接件进行焊接操作，然后先对模拟焊接件进行焊接质量检测，再对待焊接件进行有选择、有目的的快速精准质量检测。这样，不仅避免了检测人员长时间在辐射环境内的停留作业时间，提高对质检人员的保护，提高对待焊接件进行焊接质量检测的效率，而且避免了直接对待焊接件进行质量检测存在的盲目性以及可能对待焊接件造成的不必要检测破坏，实现对待焊接件的保护，提高对辐射环境下焊接件的检测质量。

2、在本发明中，借助传感器和焊接定位装置将辐射环境中对待焊接管道的焊接数据和焊接位置进行采集并以焊接位置为标签完成焊接数据的储存，然后在对非辐射区域的模拟管道进行焊接操作时再以焊接位置为参考调取相应的焊接数据进行焊接操作，从而将辐射区域对待焊接件的焊接情况准确复制到非辐射区域的模拟焊接件上，进而保证后续根据模拟焊接件的焊接质量检测结果对待焊接件焊接质量的准确评估，提高对辐射区域焊接件进行焊接质量检测的效率和质量。

3、在本发明中，通过借助由光传感器、定位指针和固定板组成的焊接定位装置作为焊接过程中焊接位置的定位设备，利用定位指针和不同位置光传感器发出的对应位置信号就可以直接、快速、准确的定位焊接机头在焊接件上的焊接位置。与采用激光跟踪设备进行焊接位置定位相比较，不仅本发明的焊接定位装置结构简单，制造方便，降低设备成本，而且使用简单，省去了对焊接现场空间坐标系的使用，从而大大降低对数据的转换量和计算量，提高了对数据的处理和使用效率。

附图说明

图1为采用本发明的方法对辐射环境中的管道进行焊接操作及其焊接质量检测的流程示意图；

图2为本实施例中焊接定位装置与焊接机头连接的结构示意图；

图3为图2中焊接定位装置的结构示意图。

具体实施方式

下面以对核电辐射环境中沿水平方向布置的管道进行焊接修复为例，对本发明的技术方案作进一步介绍。

结合图1所示，采用本发明的方法对辐射环境中沿水平方向布置的管道进行焊接操作及其焊接质量检测的具体步骤为：

步骤S1，进行辐射区域中待焊接管道的实际焊接操作，并且采集和记录焊接数据。

由焊接人员将自动焊设备安装在辐射区域中的待焊接管道上，根据焊接要求利用自动焊设备对辐射区域中的待焊接管道进行自动焊接。与此同时，在焊接过程中借助传感器对自动焊接的实际焊接参数进行采集，借助焊接定位装置对焊接位置进行跟踪定位，并且对采集的焊接位置数据和焊接参数数据进行关联整理，以焊接位置为标签，对相应焊接位置的焊接参数进行记录存储，形成焊接位置与焊接参数一一对应的焊接数据。

在本实施例中，借助电压传感器、电流传感器、焊接速度传感器以及送丝速度传感器对相应的实际焊接工艺参数进行采集并且传输至控制单元进行存储，其中控制单元可以由单片机构成并且借助编程进行数据的处理，同样在其他实施例中也可以根据采集的焊接工艺参数不同以及数据处理量的不同，选用其他处理器进行相关数据的处理和存储。

结合图2和图3所示，本实施例中的焊接定位装置1，包括光传感器11、定位指针12和固定板13。固定板13与待焊接管道之间的焊缝所在平面保持平行关系，并且固定板13沿竖直方向与焊接机头2固定连接。多个光传感器11沿圆周方向均匀分布固定在固定板13上。定位指针12的下端为配重端、上端为遮盖端，中间部分与固定板13的中心位置转动连接，从而使定位指针12始终保持竖直状态，并且定位指针12的上端延伸至由多个光传感器11围成的环形位置处。

此时，在对竖直平面内的整圈焊缝进行焊接操作的过程中，固定有光传感器11的固定板13随焊接机头2的转动进行转动，而定位指针12则始终处于竖直状态，从而使定位指针12的遮盖端依次划过转至最高点位置处的光传感器11，即划过与正在焊接位置相对应的光传感器11，这样就可以产生与焊接位置相对应的位置信号，从而实现以焊接位置为标签对相应焊接数据的标记和存储。

其中，根据焊接要求也可以对光传感器的布置数量和位置进行调整，从而满足相应的数据采集精度和效率要求。例如，可以在固定板上设置360个光传感器并且相互间隔1度布置，这样就可以实现对整圈焊缝焊接过程中的每一度位置处的焊接数据进行单独存储。

在其他实施例中，根据待焊接焊缝的形式不同，可以对焊接定位装置的形状结构进行相应的调整改变。例如，如果待焊接件是两块平板，则待焊接焊缝为长条形焊缝，那么就可以将固定板设计为长板形结构并且平行固定在焊缝的一侧，而多个光传感器则沿焊缝的长度方向依次布置在固定板上，并且将定位指针固定在焊接机头上，这样随着焊接机头沿焊缝长度方向的移动，定位指针也会依次划过位于不同位置处的光传感器，从而产生相应的焊接位置信号。同理，如果待焊接件是两个沿竖直方向的管道，则将固定板设计为环形结构并且平行固定在焊缝的一侧，使多个光传感器沿圆周方向布置在固定板，而定位指针则与焊接机头固定连接且遮盖端沿水平方向伸出，从而依次划过不同焊接位置处的光传感器。

此外，针对水平面的环形焊缝时，还可以对本实施例中的焊接定位装置进行改进从而满足对水平环形焊缝的焊接位置定位，例如将定位指针的配重端调整为磁体端，并且将固定板沿水平方向固定在焊接机头上，从而利用指南针原理使定位指针的磁体端始终保持指向同一方向。这样，在焊接机头进行水平方向的圆周转动时，就可以使定位指针的遮盖端依次划过位于不同位置的光传感器，从而产生相应的焊接位置信号。

另外，在其他实施例中，根据现场已有设备的情况，焊接定位装置还可以选用激光焊缝跟踪器。此时，利用激光焊缝跟踪器对焊接位置的实时跟踪以及焊接现场的空间坐标系实现对焊接机头的焊接位置精准定位，进而利用控制单元对焊接位置和焊接参数进行整合处理，获得相应的焊接数据。

此外，在本实施例中选用便携式轨道焊接机器人进行自动焊接，并且采用柔性轨道作为焊接机器人绕管道移动的导向轨道。例如，选用磁力柔性轨道就可以将柔性轨道快速吸附固定在管道的外表面，再将焊接机器人安装在柔性轨道上，就可以完成焊机与管道的快速连接固定，提高焊机的安装速度，缩短操作人员在辐射区域内的停留时间，同时借助位置固定的轨道也可以提高焊接过程中焊机移动的准确性，保证焊接质量。

在其他实施例中，根据管道的材质、尺寸和形状也可以选用其他方式进行焊接机器人与管道的连接，甚至借助放置在地面上的独立轨道进行焊机的移动导向，这样就可以预先将焊机安装在独立轨道上，然后整体移至现场再调整焊机与待焊接区域位置即可。

步骤S2，建立模拟焊接管道。在非辐射区域中进行模拟焊接管道的建立并且进行自动焊接设备的安装固定。其中，模拟焊接管道的材质、尺寸以及焊缝的位置、尺寸等焊接条件与辐射区域中的待焊接管道保持相同。

当发现辐射区域的管道发生破损并由检测人员首次进行现场检测时，就可以对管道破损的位置、形状和尺寸等参数进行记录，以便于准确进行模拟管道的建立。其中，对管道破损形态进行记录时可以根据破损状况以及现有记录设备进行拍照、摄像以及立体扫描等方式进行详细记录，提高模拟管道与待焊接管道之间焊接条件的一致性。

优选的，在步骤S1中，还可以借助温度传感器、湿度传感器和风速传感器等传感器对焊接周围的温度、湿度和风速等环境参数进行采集记录，并且根据采集的环境参数对模拟焊接管道周围的环境进行调整控制，以降低由于环境差异对模拟焊接产生的影响，进而保证模拟焊接与实际焊接的效果一致性。

优选的，在步骤S1和步骤S3中进行焊接定位装置和焊接机头之间的固定连接时，使两者之间的相对位置关系保持一致，从而可以根据定位模块中定位指针与光传感器之间的指示关系，准确调整焊接机头与焊缝之间的位置关系，从而保证模拟焊接操作中的起弧位置与步骤S1中实际焊接操作的起弧位置保持相同，进而保证模拟焊接的精准度。

例如，在步骤S1和步骤S3中进行焊接定位装置和焊接机头之间的固定连接时，均使固定板上O°位置的光传感器处于竖直方向最高位置，这样根据定位指针与不同角度位置处光传感器之间的关系，即可保证模拟焊接中焊接起弧位置与实际焊接中焊接起弧位置的一致性。

此外，根据焊接的需要还可以对模拟管道的长度尺寸进行适当调整，只要保证模拟管道中的焊接修补区域与待焊接管道保持一致即可，从而降低焊接成本以及施工作业量。

步骤S3，进行模拟焊接管道的焊接操作和焊接质量检测。

首先，采用步骤S1中获得的焊接数据，借助与步骤S1中相同的自动焊设备对非辐射区域中的模拟焊接管道进行自动焊接操作。其中，在焊接过程中，随着焊接位置的变化，通过控制单元实时调取相应焊接位置的焊接工艺参数进行模拟焊接管道的焊接操作，从而保证模拟焊接管道和待焊接管道之间焊接操作的一致性。

然后，对完成焊接操作的模拟焊接管道进行焊接质量的检测。其中，根据焊接质量检测要求，既可以对模拟焊接管道进行常规的检测，例如PT、RT、UT、超声等无损检测，也可以根据需要对其进行破坏性检测，以完成对模拟管道焊接质量的完整、精准检测。

步骤S4，进行辐射区域中待焊接管道的焊接质量检测。

首先，根据模拟焊接管道的焊接质量检测结果，对待焊接管道的焊接质量进行评估。然后，再根据对待焊接管道的焊接质量评估结果，确定是否对待焊接管道进行焊接质量检测以及进行何种类型的检测。最后，再由检测人员进入辐射区域对待焊接管道进行有针对性、有选择性的快速精准焊接质量检测。

此时，借助对模拟管道焊接质量的实际检测，可以预先评估待焊接管道的焊接结果，然后再对待焊接管道进行后续快速精准的有效检测操作。这样，不仅可以大大降低检测人员在辐射区域内进行检测时的停留时间，提高对待焊接管道焊接质量检测的效率，而且避免了可能对待焊接管道造成的不必要检测破坏，实现对待焊接管道的保护，提高对辐射区域管道焊接修复的质量。

优选的，在步骤S3的模拟管道焊接操作过程中，同时借助与步骤S1中相同的传感器和焊接定位装置对模拟焊接过程的实际焊接参数和焊接位置进行采集并形成相应的模拟焊接数据，从而可以对该模拟焊接数据与步骤S1中获得实际焊接数据进行比对，即对实际焊接操作和模拟焊接操作中相同焊接位置处的实际焊接工艺参数进行比对，以判断模拟焊接和实际焊接之间的实际焊接差异，进而辅助焊接人员对模拟焊接过程进行焊接调整，提高检测人员对模拟焊接质量和实际焊接质量的评估精度。

Claims (9)

1.一种辐射环境下焊接件的焊接质量检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1,进行辐射区域中待焊接件的实际焊接操作，并且采集和记录焊接数据；采用自动焊设备对辐射区域中的待焊接件进行自动焊接，与此同时，借助传感器对自动焊接的实际焊接参数进行采集，借助焊接定位装置对焊接位置进行跟踪定位，从而形成由焊接位置与焊接参数一一对应的焊接数据；

步骤S2，建立模拟焊接件；在非辐射区域中进行模拟焊接件的建立，所述模拟焊接件的材质、尺寸以及焊缝位置和焊缝尺寸与辐射区域中的待焊接件保持相同；

步骤S3，进行模拟焊接件的焊接操作和焊接质量检测；首先，采用步骤S1中获得的焊接数据，借助与步骤S1中相同的自动焊设备对非辐射区域中的模拟焊接件进行自动焊接操作；然后，对完成焊接操作的模拟焊接件进行焊接质量的检测；

步骤S4，进行辐射区域中待焊接件的焊接质量检测；首先，根据模拟焊接件的焊接质量检测结果，对待焊接件的焊接质量进行评估；然后，根据对待焊接件的焊接质量评估结果，由检测人员进入辐射区域对待焊接件进行选择性焊接检测；

所述步骤S1中的焊接数据，以焊接位置为标签进行对应焊接位置的焊接数据存储，并且在所述步骤S3中，根据焊接位置的变化，调用步骤S1中获得的相应焊接数据进行焊接操作。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述焊接定位装置由多个光传感器、定位指针和固定板组成，并且多个所述光传感器按焊缝的形状排布固定在所述固定板上；焊接过程中，所述光传感器与所述定位指针之间发生相对移动，所述定位指针依次划过多个所述光传感器形成对应的焊接定位数据。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述待焊接件的焊缝为竖直平面内的环形焊缝；其中，所述固定板沿竖直方向固定在焊接机头上，多个所述光传感器沿环形分布固定在固定板上，所述定位指针的中间部分转动固定在由多个所述光传感器组成的圆环中心位置，所述定位指针的下端为配重端、上端为遮盖端，并且所述定位指针的上端延伸至多个所述光传感器围成的环形位置。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述待焊接件的焊缝为水平面内的环形焊缝；其中，所述固定板沿水平方向固定在焊接机头上；多个所述光传感器沿环形分布固定在固定板上，所述定位指针的中间部分转动固定在由多个所述光传感器组成的圆环中心位置，所述定位指针的一端为磁体端、另一端为遮盖端，并且所述定位指针的遮盖端延伸至多个所述光传感器围成的环形位置。

5.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述待焊接件的焊缝为水平面内的焊缝；其中，多个所述光传感器通过固定板依次排列固定在焊缝的一侧，所述定位指针与所述自动焊接设备的焊接机头固定连接并且随焊接机头的移动依次划过所述光传感器。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S1的焊接过程中，焊接中断时记录焊接位置变化和中断时长，并且在所述步骤S3中根据该焊接中断的位置变化和中断时长进行模拟焊接件的焊接中断操作。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，以熄弧位置和熄弧时刻作为中断的停焊位置和计时起始时刻，以再次的起弧位置和起弧时刻作为中断的复焊位置和计时停止时刻。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，借助传感器对焊接的环境参数进行采集记录，并且在所述步骤S2中根据该焊接的环境参数进行模拟焊接件的建立。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，借助传感器和焊接定位装置对模拟焊接过程的实际焊接参数和焊接位置进行采集并形成相应的模拟焊接数据，进而与所述步骤S1中获得实际焊接数据进行比对，从而控制模拟焊接与实际焊接之间的焊接误差。

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