CN113607746A - 铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊丝检测技术领域，尤其是涉及一种铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法，包括底座、图像拍摄模块和计算机，所述底座上设置有用于铣削铝合金焊缝的铣平面机构和用于固定铝合金焊缝的移动平台，所述底座上设置有用于控制移动平台横向位移的位移机构，所述底座上设置有用于控制铣平面机构靠近或者远离移动平台的控制机构，所述图像拍摄模块位于移动平台上方，所述图像拍摄模块与计算机之间相互连接，使用时，通过对铝合金焊缝进行铣平面，并通过图像拍摄模块对铝合金焊缝每铣一层平面进行拍取图像，将所拍取的图像合成一张图像并对图像中气孔数据进行测量，测量后的数据与标准比对，来判定铝合金焊缝缺陷等级，检测更加直观和准确。

Description

铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及焊丝检测技术领域，尤其是涉及一种铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法。

背景技术

铝焊丝是一种柱状强度相对较差的柔软材料，并且在熔融是对氢的溶解度极度敏感，因此它在生产环境中的成功与否很大程度上取决于其在生产过程中的方法和控制手段合理与否，对于MIG铝焊丝性能影响最大的因素是焊丝的H元素的含量。而其H含量主要表现在焊丝表面和焊丝内部的H含量。铝合金气体元素含量的控制是5系高镁铝合金熔体净化技术的重要关注点，特别是氢的含量，氢在铝合金中以气孔形式存在，一方面，气孔附近区域在线杆多道次拉拔过程中应力集中最大，焊丝生产过程中易在气孔附近区域出现拉断现象，降低生产效率；另一方面，焊丝中的氢在焊接过程中进入熔池，由于氢在液态铝的溶解度比固态铝高得多，随着固－液界面的推进，氢容易被抑制在熔池里而在焊缝中形成氢气孔，铝和钢比较，铝产生H气泡为钢产生的40倍。

如下表1是焊接凝固时氢溶解度的变化：

另外铝合金焊丝在模具拉拔时不可避免地使用润滑剂，一般多是机油、汽缸油等混合油性物质，焊接试验表明，未清洁的焊丝焊接过程中产生大量的飞溅和气孔，焊缝及周围母材表面有一层黑灰，而且焊缝成形差，其主要原因就是焊丝表面没有按要求达到清洁度的要求，表面的含H物质焊接时带入到焊缝中。

现有的传统方法检测气孔率的方法大都是采用焊接然后射线检测法，这种射线检测方法需要专业的射线室、胶片和专业射线胶片照相检测（RT）的检测人员，而RT检测的工艺流程包括：首先进行在RT室里拍片，拍片需要把胶片一张张贴在焊缝背面，然后RT射线机正面拍摄，拍完了然后取出胶片，到一个特定的暗室里面去冲洗胶片，和原来的老式相机一样的原理，这个等胶片显影要半天时间，最后把显影的胶片放在看片机上，有专人去看这个胶片上的气孔影响，对比标准定这个焊缝气孔的等级，这个过程实际最快要一天时间，时间周期长且成本相对比较高，长期处于射线环境中会对人体造成伤害，影响到工人人员的健康，且对于射线检测方法沿照射方向的两个重合的孔是无法检测到，这样就造成检测不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的传统方法检测气孔率的方法大都是采用焊接然后射线检测法，这种射线检测方法需要专业的射线室、胶片和专业RT检测人员，时间周期长且成本相对比较高，长期处于射线环境中会对人体造成伤害，影响到工人人员的健康，且对于射线检测方法沿照射方向的两个重合的孔是无法检测到，这样就造成检测不准确的问题，现提供了一种铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种铝合金焊缝气孔性的检测装置，包括底座、图像拍摄模块和计算机，所述底座上设置有用于铣削铝合金焊缝的铣平面机构和用于固定铝合金焊缝的移动平台，所述底座上设置有用于控制移动平台横向位移的位移机构，所述底座上设置有用于控制铣平面机构靠近或者远离移动平台的控制机构，所述图像拍摄模块位于移动平台上方，所述图像拍摄模块与计算机之间相互连接。

本发明通过铣平面机构对移动平台上的铝合金焊缝进行一层层的铣平面，并通过图像拍摄模块对铝合金焊缝每一层铣削后进行拍取图像，图像拍摄模块将拍取后的图像传输至计算机，并通过计算机合成、测量、比对并输出结果。

为了实现位移机构，进一步地，所述位移机构包括螺杆和第一伺服电机，所述移动平台滑动设置在底座上，所述螺杆沿移动平台位移方向转动设置在底座上，所述螺杆与移动平台之间相互螺纹连接，所述第一伺服电机设置在底座上，所述第一伺服电机的输出端与螺杆之间相互传动连接。通过第一伺服电机带动螺杆转动，从而实现移动平台在底座上位移。

为了实现移动平台在底座上滑动，进一步地，所述底座上沿横向设置有导向轴，所述移动平台上设置有与导向轴相匹配的导向孔，所述导向轴滑动设置在导向孔内。通过底座上设置导向轴，并且移动平台上的导向孔与导向轴配合，实现移动平台在底座上滑动。

为了实现控制机构，进一步地，所述控制机构包括设置在底座上的电动推杆，所述铣平面机构沿竖向滑动设置在底座上，所述铣平面机构设置在电动推杆的伸出端上。通过在底座上设置电动推杆，将铣平面机构设置在电动推杆的伸出端上，实现控制机构。

为了实现铣平面机构在底座上滑动，进一步地，所述底座上沿竖向设置有直线导轨，所述铣平面机构上设置有与直线导轨相匹配的滑块，所述滑块滑动设置在直线导轨上。通过底座上的直线导轨与铣平面机构上的滑块配合，从而实现铣平面机构在底座上滑动。

为了实现铣平面机构，进一步地，所述铣平面机构包括第二伺服电机和铣刀，所述铣刀安装于第二伺服电机的输出端上。通过第二伺服电机带动铣刀转动，从而实现铣平面机构。

一种使用如上述的铝合金焊缝气孔性的检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、首先将铝合金焊缝固定在移动平台上；

S2、通过铣平面机构对铝合金焊缝一层层的进行铣平面，铝合金焊缝铣每层铣削量相同；

S3、铝合金焊缝每铣一层平面后，通过图像拍摄模块对铝合金焊缝以统一基准点拍取图像，图像拍摄模块将所拍取图像输送至计算机；

S4、通过计算机软件将所有铝合金焊缝铣平面的图像中气孔数据进行测量并合成一张图像；

S5、通过计算机软件对合成后图像中气孔的数据再次进行测量；

S6、通过计算机软件将合成后图像中气孔的数据与标准值进行比对，从而来判定铝合金焊缝缺陷等级。

本发明通过对铝合金焊缝进行一层层的铣平面，并通过图像拍摄模块对铝合金焊缝每铣一层平面进行拍取图像，通过计算机软件对每一层图像中的气孔进行测量，这样就可以准确的铝合金焊缝中孔的分布情况，而沿铣平面方向两个不同深度的孔的数据也可以测量到，这样就对铝合金焊缝数据检测准确，同时在铣平面完成后，通过计算机进行数据比对，检测更加直观和准确，实现快速检测铝合金焊缝缺陷等级，大大缩短了检测时间，从而实现提高了检测效率，无需专业的RT检测人员和设备，避免了对人体辐射影响健康的问题，也降低了检测成本。

本发明的有益效果是：本发明铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法在使用时，通过对铝合金焊缝进行铣平面，并通过图像拍摄模块对铝合金焊缝每铣一层平面进行拍取图像，将所拍取的图像合成一张图像并对图像中气孔数据进行测量，测量后的数据与标准比对，来判定铝合金焊缝缺陷等级，这样检测更加直观和准确，避免了现有通过X射线对检测铝合金焊丝堆焊后的气孔率（大小和数量）进行检测，长期处于射线环境中会对人体造成伤害，影响到工人人员的健康，同时设备使用成本高的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的中单位面积不同厚度试样拍摄图像的合成图；

图5是本发明的合成后图像中气孔的状态图。

图中：1、底座，2、图像拍摄模块，3、铣平面机构，4、移动平台，5、螺杆，6、第一伺服电机，7、导向轴，8、电动推杆，9、直线导轨，10、滑块，11、第二伺服电机，12、铣刀。

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：

本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，一种铝合金焊缝气孔性的检测装置，包括底座1、图像拍摄模块2和计算机，此处的图像拍摄模块2为CCD相机，所述底座1上设置有用于铣削铝合金焊缝的铣平面机构3和用于固定铝合金焊缝的移动平台4，所述底座1上设置有用于控制移动平台4横向位移的位移机构，所述底座1上设置有用于控制铣平面机构3靠近或者远离移动平台4的控制机构，所述图像拍摄模块2位于移动平台4上方，所述图像拍摄模块2与计算机之间相互连接。

所述位移机构包括螺杆5和第一伺服电机6，所述移动平台4滑动设置在底座1上，所述螺杆5沿移动平台4位移方向通过轴承转动设置在底座1上，所述螺杆5与移动平台4之间相互螺纹连接，所述第一伺服电机6设置在底座1上，所述第一伺服电机6的输出端与螺杆5之间相互传动连接。

所述底座1上沿横向设置有导向轴7，导向轴7与螺杆5之间平行设置，所述移动平台4上设置有与导向轴7相匹配的导向孔，所述导向轴7滑动设置在导向孔内。

所述控制机构包括固定在底座1上的电动推杆8，所述铣平面机构3沿竖向滑动设置在底座1上，所述铣平面机构3固定在电动推杆8的伸出端上。

所述底座1上沿竖向固定有直线导轨9，所述铣平面机构3的第二伺服电机11上设置有与直线导轨9相匹配的滑块10，所述滑块10滑动设置在直线导轨9上。

所述铣平面机构3包括第二伺服电机11和铣刀12，所述铣刀12安装于第二伺服电机11的输出端上。

一种铝合金焊缝气孔性的检测方法，包括以下步骤：

S1、铝合金焊丝在相应材质的两个板材表面堆焊焊缝后，将铝合金焊缝通过胶水或者夹具固定在移动平台4上；

S2、通过铣平面机构3对铝合金焊缝从上往下一层层的进行铣平面，铣刀12的铣削量控制在0.3 mm以内，并且铣削量可调，铝合金焊缝铣每层铣削量相同；

S3、铝合金焊缝每铣一层平面后，通过图像拍摄模块2对铝合金焊缝拍取图像，此处的图像拍摄模块2为相配套的CCD相机，CCD相机就可以按1：1的大小真实的拍摄下铣削平面，以及铣削平面上气孔的大小和在一定面积范围的气孔数量并传输至计算机；

S4、计算机软件将所有铝合金焊缝铣平面的图像上气孔的数据进行测量，所有铝合金焊缝铣平面图像的基准点统一并相互叠加在一起，从而合一张图像，而每一张的CCD相机照片都将合成一张照片来显示这些气孔的种类和形态，这样可以知道每一层铣平面上气孔的数据情况；

S5、然后再对合成后图像中气孔的数据进行测量；

S6、将测量获得数据与标准值进行比对，从而来判定铝合金焊缝缺陷等级。如按ISO10042铝合金焊接缺陷评定上的标准，需要知道这个铝合金焊缝的气孔大小的范围和在指定单位面积上的分布数量、焊缝中的球形气孔、均布气孔、局部密集气孔、链状气孔、条形虫形气孔属于哪个缺陷等级。

上述铝合金焊缝气孔性的检测装置及其检测方法在使用时，生产出来的某炉批号的第一盘铝合金焊丝，先按照相关的标准在两个相应的铝合金试板表面上堆焊焊接相应宽度、长度、高度的焊缝，并要求符合铝合金焊接材料的对接试件和试样位置要求，然后在铣平面机构3上按设定好的每层深度进行铣平面，如图4所示，图中1表示单位面积上的气孔，图中2表示通过6次铣平面后合成图像，图中3表示通过3次铣平面后合成图像，图中4表示通过2次铣平面后合成图像，图中5表示通过1次铣平面后合成图像，图中a表示CCD相机拍摄方向，图中为单位面积不同厚度试样拍摄图像，每铣一层平面后，相配套的CCD相机就对每一层焊缝平面进行摄像拍照，并且拍摄基准统一，然后把每一张照片输入到计算机相应的专用处理模块中，处理模块最终会合成一张照片，然后通过计算和分析来判断整个焊缝中的球形气孔、均布气孔、局部密集气孔、链状气孔、条形虫形气孔属于哪个缺陷等级，然后处理模块还能够按照计算分析结果，根据ISO10042铝合金焊接缺陷评定的标准，来判断这个焊缝是符合哪个级别的焊缝气孔等级。

如图5所示，比如一个熔覆铝合金焊缝分三层铣平面，且三层铣平面尺寸均为50mm×100mm，首先是把这三层铣平面按1:1大小并用图像拍摄模块2处的CCD相机拍取图像，同时将图像输入计算机的处理模块中，计算机的处理模块把三层图像按同一个基准点叠加在一起，从而合成一张图像，也就是三张图像上的气孔全部按1:1的比例和相同的基准点叠加合成在一起，作为一个电子图像，然后用处理模块框选这些气孔影响，也就是处理模块计算这些气孔影响的大小，相对基准的位置尺寸和气孔间的尺寸距离，然后通过计算和分析通过预先把标准ISO10042中气孔性质特征输入到计算机软件中的存储模块中，并将存储模块中的标准数值和实际软件测量到的数值进行对比来判断整个焊缝中的球形气孔(2011)、均布气孔(2012)、局部密集气孔(2013)、链状气孔(2014)、条形气孔(2015)、虫形气孔(2016)属于哪个缺陷等级。

合成电子图像中有直径为0.42mm、0.5mm、0.6mm、1.01mm、1.1mm和2mm的气孔，其中0.42mm气孔与图像两边的定位距离分别为9mm和18mm，2mm气孔与图像两边的定位距离分别5mm和16mm，0.6mm气孔与图像一侧边的定位距离为15mm，0.5mm气孔和0.6mm气孔之间的间距为8mm，1.01mm气孔和0.5mm气孔之间的间距为8mm，1.1mm气孔与1.01mm气孔之间的间距为5mm，1.1mm气孔与图像另一侧边的定位间距为17mm，然后处理模块将测量数据输送至对比模块计算分析结果，对比模块将实际数据与存储模块中的ISO10042铝合金焊接缺陷评定的标准等级，来判断这个焊缝是符合最低级D级别的焊缝气孔等级，计算机处理模块自动计算的图中最大的球形气孔直径是2mm， 局部密集气孔的范围直径为5mm，条形、虫形气孔的最大长度是2mm，均布气孔率百分比小于1%，按照ISO10042标准的规定，如果球形气孔(2011)≤2mm，那判断是D级，局部密集气孔的范围直径≤15mm，那判断是B级，均布气孔率(2012)小于2%，那判断是B级，无链状气孔(2014)，那判断是B级，条形气孔(2015)和虫形气孔(2016)≤2mm，那判断是D级。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种铝合金焊缝气孔性的检测装置，其特征在于：包括底座（1）、图像拍摄模块（2）和计算机，所述底座（1）上设置有用于铣削铝合金焊缝的铣平面机构（3）和用于固定铝合金焊缝的移动平台（4），所述底座（1）上设置有用于控制移动平台（4）横向位移的位移机构，所述底座（1）上设置有用于控制铣平面机构（3）靠近或者远离移动平台（4）的控制机构，所述图像拍摄模块（2）位于移动平台（4）上方，所述图像拍摄模块（2）与计算机之间相互连接。

2.根据权利要求1所述铝合金焊缝气孔性的检测装置，其特征在于：所述位移机构包括螺杆（5）和第一伺服电机（6），所述移动平台（4）滑动设置在底座（1）上，所述螺杆（5）沿移动平台（4）位移方向转动设置在底座（1）上，所述螺杆（5）与移动平台（4）之间相互螺纹连接，所述第一伺服电机（6）设置在底座（1）上，所述第一伺服电机（6）的输出端与螺杆（5）之间相互传动连接。

3.根据权利要求2所述铝合金焊缝气孔性的检测装置，其特征在于：所述底座（1）上沿横向设置有导向轴（7），所述移动平台（4）上设置有与导向轴（7）相匹配的导向孔，所述导向轴（7）滑动设置在导向孔内。

4.根据权利要求1所述铝合金焊缝气孔性的检测装置，其特征在于：所述控制机构包括设置在底座（1）上的电动推杆（8），所述铣平面机构（3）沿竖向滑动设置在底座（1）上，所述铣平面机构（3）设置在电动推杆（8）的伸出端上。

5.根据权利要求4所述铝合金焊缝气孔性的检测装置，其特征在于：所述底座（1）上沿竖向设置有直线导轨（9），所述铣平面机构（3）上设置有与直线导轨（9）相匹配的滑块（10），所述滑块（10）滑动设置在直线导轨（9）上。

6.根据权利要求1所述铝合金焊缝气孔性的检测装置，其特征在于：所述铣平面机构（3）包括第二伺服电机（11）和铣刀（12），所述铣刀（12）安装于第二伺服电机（11）的输出端上。

7.一种使用如权利要求1-6任一项所述的铝合金焊缝气孔性的检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先将铝合金焊缝固定在移动平台（4）上；

S2、通过铣平面机构（3）对铝合金焊缝一层层的进行铣平面，铝合金焊缝铣每层铣削量相同；

S3、铝合金焊缝每铣一层平面后，通过图像拍摄模块（2）对铝合金焊缝以统一基准点拍取图像，图像拍摄模块（2）将所拍取图像输送至计算机；

S4、通过计算机软件将所有铝合金焊缝铣平面的图像中气孔数据进行测量并合成一张图像；

S5、通过计算机软件对合成后图像中气孔的数据再次进行测量；

S6、通过计算机软件将合成后图像中气孔的数据与标准值进行比对，从而来判定铝合金焊缝缺陷等级。

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