CN110118790A - 一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，包括激发源、探测器、信号采集器、控制器、数据分析处理单元和能谱分析软件；所述激发源的照射部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行照射；所述探测器的探测部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行探测；所述探测器的信号输出端连接信号采集器的信号输入端，所述信号采集器的信号输出端连接控制器的信号输入端，所述控制器的第一信号输出端连接数据分析处理单元的信号输入端，所述数据分析处理单元的信号输出端连接能谱分析软件的信号输入端。具有在检测焊缝质量时不会破坏产品本身的结构，以及能快速获得检测结果的优点。本发明还公开了一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测方法。

Description

一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置与检测方法

技术领域

本发明涉及焊缝检测技术领域，具体来说，涉及一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置与检测方法。

背景技术

对于产品焊缝中杂质元素钨含量的检测，传统的方法都需要破坏产品本身的结构，并且破坏是不可逆的，无法重复利用，这对于价格高昂的精密构件来说成本是相当的高。同时这些检测方法对于样品的检测只能是抽检，而不能逐一检查，并且这些检测方法都是需要经过长时间的前处理才能获得检测结果，时效性较差。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置与检测方法，具有在检测焊缝质量时不会破坏产品本身的结构，以及能快速获得检测结果的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，包括激发源、探测器、信号采集器、控制器、数据分析处理单元和能谱分析软件；所述激发源的照射部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行照射；所述探测器的探测部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行探测；所述探测器的信号输出端连接所述信号采集器的信号输入端，所述信号采集器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的第一信号输出端连接所述数据分析处理单元的信号输入端，所述数据分析处理单元的信号输出端连接所述能谱分析软件的信号输入端。

优选的，所述激发源为同位素源或X射线管。

优选的，所述激发源为X射线管，该检测装置还包括电源模块，所述电源模块包括低压电源模块和高压电源模块，所述探测器的第一信号输入端连接所述低压电源模块，所述低压电源模块的信号输入端连接所述控制器的第二信号输出端；所述探测器的第二信号输入端连接所述高压电源模块的信号输出端，所述高压电源模块的信号输入端连接所述控制器的第三信号输出端。

优选的，所述探测器为电致冷Si-PIN半导体探测器、电致冷SDD半导体探测器、电致冷CdTe半导体探测器、电致冷HPGe半导体探测器中的任意一种。

一种如上所述的钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置的检测方法，包括如下检测步骤:

S1、照射待测元件的焊缝；

S2、探测焊缝中的特征X射线；

S3、采集特征X射线的数据；

S4、分析特征X射线中的钨元素含量；

S5、实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享。

具体工作原理：

电源模块为激发源采用X射线管时提供电压；激发源可为X射线管或同位素源，当激发源为X射线管时，X射线管同时与低电压电源和高电压电源相连，通过控制器控制何时采用低电压电源和高电压电源，20kV的低压电源用以激发钨元素的L系特征X射线，120kV的高压电源用以激发钨元素的K系特征X射线，通过控制器可设定相应的激发时间；当激发源为同位素源时，可选择产生合适能量射线的同位素源对钨元素的Kα限系和钨元素的Lα限系进行激发；常规的X射线检测系统中，通常采用电致冷Si-PIN半导体探测器、电致冷SDD半导体探测器、电致冷CdTe半导体探测器、电致冷HPGe半导体探测器中的任意一种进行元素分析；信号采集器能实现对高计数率条件下的数据谱的快速高保真采集与数据通信，主要包括探测器读出电路、信号预处理电路和全数字化核脉冲处理器等电子学线路组成。控制器的主要作用接受来自数据分析单元的指令，依据指令对整个系统的运转进行控制，同时也向数据分析单元提交测量数据以及各部分的状态信息。数据分析处理单元用于钨元素的含量计算，由工业控制计算机和通信接口模块等组成。能谱分析软件主要实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享等。

本发明的有益效果是：

1、本发明所采用的双能X射线检测法检测焊缝中的杂质钨，可同时激发钨元素K系和L系的两种特征X射线，针对钨元素Kα和Lα的两种能量的特征X射线吸收限，分别采用两种合适能量的射线进行激发，可大大提高激发效率；

2、本发明通过采用钨元素的K系特征X射线进行钨元素的检测，可解决焊缝检测深度的问题；

2、信号系统同时接收并处理两种能量的特征X射线，可增强有用信号，提高探测效率，增加仪器的稳定性和可靠性；

3、本发明检测焊缝中的杂质钨，是一种高精度的无损检测方法，可以在不对被检测的对象造成任何破坏的条件下进行钨元素含量的检测，同时可使被检测对象保持原有完整性；

4、本发明具有操作简单，稳定性好等特点，同时可以用于产品生产线上的在线测量，可对产品进行逐一检测，以保证每个产品的杂质钨的含量在质量允许的范围内，达到产品生产线上质量控制的目的。

附图说明

图1是本发明实施例1的控制信号流向结构示意图；

图2是本发明实施例2的控制信号流向结构示意图；

图3是本发明实施例2的控制信号流向结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，包括激发源、探测器、信号采集器、控制器、数据分析处理单元和能谱分析软件；所述激发源的照射部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行照射；所述探测器的探测部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行探测；所述探测器的信号输出端连接所述信号采集器的信号输入端，所述信号采集器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的第一信号输出端连接所述数据分析处理单元的信号输入端，所述数据分析处理单元的信号输出端连接所述能谱分析软件的信号输入端。

所述激发源为同位素源。

工作原理：

焊缝中杂质元素检测装置包括激发源、探测系统、信号采集器、控制器、数据分析处理单元、能谱分析。

本实施例中，控制器采用常规的PLC控制器，激发源采用Cd-109同位素源激发，109Cd经β衰变生成109mAg，然后跃迁变成109Ag，产生AgKα(22.16keV、24.95keV，光子产额102.3％光子/衰变)、和88.0keV的伽马射线(光子产额3.9％光子/衰变)，因此可以同时激发测量W的K系、L系特征X射线，伽马射线激发W的K系谱线的效率很高。焊缝中杂质元素W被伽马射线激发产生的K系、L系的特征X射线被CdTe半导体探测器探测，信号采集器通过探测器读出电路将CdTe半导体探测器所接收到射线转换成电信号，再利用信号采集器中的信号处理电路对电信号进行处理，然后传输到数据分析处理单元，数据分析处理单元能实现焊缝中钨的含量分析，最后利用能谱分析软件实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享；本发明中的能谱分析软件为现有常规的能谱分析软件。

本发明中的数据分析处理单元包括包括线性门电路、峰值保持电路、ADC采样电路、微控制电路、RS232接口电路、数据存储器及其数据总线；线性门电路连接输入端与峰值保持电路，峰值保持电路连接ADC采样电路，微控制电路连接线性门电路、峰值保持电路、ADC采样电路、数据存储器与RS232接口电路；微控制电路通过数据总线与ADC采样电路和数据存储器相连；其中数据存储器采用铁电存储器(型号：FM25640)；RS232接口电路可连接主控计算机；峰值保持电路接有低电平甄别器；ADC采样电路采用芯片为MAX1062或其它16位及16位以上的高速ADC芯片；微控制电路采用芯片为一可编程微控制器MCU(型号:AT89C2051)。

实施例2：

如图2和图3所示，一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，在本实施例中激发源为X射线管。

当激发源为X射线管时该检测装置还包括电源模块，所述电源模块包括低压电源模块和高压电源模块，所述探测器的第一信号输入端连接所述低压电源模块，所述低压电源模块的信号输入端连接所述控制器的第二信号输出端；所述探测器的第二信号输入端连接所述高压电源模块的信号输出端，所述高压电源模块的信号输入端连接所述控制器的第三信号输出端。

本实施例中的焊缝中杂质元素检测装置的结构与实施例1中焊缝中杂质元素检测装置的结构相同，因此省略说明。

本实施例中激发源采用X射线管，通过低电压电源模块和高电压电源模块分别对W的Kα限系和Lα限系激发。后续探测器、信号采集器、控制器、数据分析处理单元以及能谱分析软件部分与实施例1中相同，因此省略说明。

当X射线管同时与低电压电源和高电压电源相连，通过控制器控制低电压电源和高电压电源的使用，20kV的低压电源用以激发钨元素的L系特征X射线，120kV的高压电源用以激发钨元素的K系特征X射线，通过控制器可设定相应的激发时间。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上，所述探测器为电致冷Si-PIN半导体探测器、电致冷SDD半导体探测器、电致冷CdTe半导体探测器、电致冷HPGe半导体探测器中的任意一种。

实施例4：

一种如上所述的钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置的检测方法，包括如下检测步骤:

S1、照射待测元件的焊缝；激发源从源点发出放射状的X射线，照射待测元件的焊缝；

S2、探测焊缝中的特征X射线；探测器探测焊缝中杂质元素经过激发源发出的X射线作用后产生的特征X射线，且探测深度为0-0.7mm；

S3、采集特征X射线的数据；信号采集器实现对高计数率条件下的数据谱的快速高保真采集与数据通信；控制器接受来自数据分析单元的指令，依据指令对整个系统的运转进行控制，同时也向数据分析单元提交测量数据以及各部分的状态信息；

S4、分析特征X射线中的钨元素含量；数据分析处理单元用于钨元素的含量计算；

S5、实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享。能谱分析软件主要实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享等。

具体工作原理：

当激发源为同位素源时，可选择产生合适能量射线的同位素源对钨元素的Kα谱线和钨元素的Lα谱线进行激发；常规的X射线检测系统中，通常采用电致冷Si-PIN半导体探测器、电致冷SDD半导体探测器、电致冷CdTe半导体探测器、电致冷HPGe半导体探测器中的任意一种进行元素分析；信号采集器能实现对高计数率条件下的数据谱的快速高保真采集与数据通信，主要包括探测器读出电路、信号预处理电路和全数字化核脉冲处理器等电子学线路组成。控制器的主要作用接受来自数据分析单元的指令，依据指令对整个系统的运转进行控制，同时也向数据分析单元提交测量数据以及各部分的状态信息。数据分析处理单元用于钨元素的含量计算，由工业控制计算机和通信接口模块等组成。能谱分析软件主要实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享等(具体工作元件的控制关系如图1所示)。

电源模块为激发源采用X射线管时提供电压；激发源可为X射线管或同位素源，当激发源为X射线管时，X射线管同时与低电压电源和高电压电源相连，通过控制器控制何时采用低电压电源和高电压电源，20kV的低压电源用以激发钨元素的L系特征X射线，120kV的高压电源用以激发钨元素的K系特征X射线，通过控制器可设定相应的激发时间(具体工作元件的控制关系如图2和图3所示)。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，其特征在于，包括激发源、探测器、信号采集器、控制器、数据分析处理单元和能谱分析软件；所述激发源的照射部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行照射；所述探测器的探测部朝向待测元件的焊缝位置，并对其焊缝进行探测；所述探测器的信号输出端连接所述信号采集器的信号输入端，所述信号采集器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的第一信号输出端连接所述数据分析处理单元的信号输入端，所述数据分析处理单元的信号输出端连接所述能谱分析软件的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，其特征在于，所述激发源为同位素源或X射线管。

3.根据权利要求2所述的一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，其特征在于，所述激发源为X射线管，该检测装置还包括电源模块，所述电源模块包括低压电源模块和高压电源模块，所述探测器的第一信号输入端连接所述低压电源模块，所述低压电源模块的信号输入端连接所述控制器的第二信号输出端；所述探测器的第二信号输入端连接所述高压电源模块的信号输出端，所述高压电源模块的信号输入端连接所述控制器的第三信号输出端。

4.根据权利要求1所述的一种钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置，其特征在于，所述探测器为电致冷Si-PIN半导体探测器、电致冷SDD半导体探测器、电致冷CdTe半导体探测器、电致冷HPGe半导体探测器中的任意一种。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的钨极氩弧焊缝中钨夹杂的检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下检测步骤:

S1、照射待测元件的焊缝；

S2、探测焊缝中的特征X射线；

S3、采集特征X射线的数据；

S4、分析特征X射线中的钨元素含量；

S5、实现谱线采集控制、谱数据处理、含量标定与分析、数据存储与数据共享。