CN114101962A - 一种焊接试验系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种焊接试验系统，属于焊接设备与工艺技术领域。该焊接试验系统包括：具有密封腔室的密封装置、气压调节装置、压力检测装置、焊接装置、可移动焊接平台和图像采集装置。该系统通过设置与密封装置密封连接的气压调节装置、压力检测装置和焊接装置，可在密封装置内进行低气压焊接试验，该系统不仅能够设置气压参数，还能够及时有效地调整焊接过程中的环境压力，避免气压变化对试验结果造成的影响，从而更准确地获取在不同气压条件和焊接参数下的电弧形态及熔滴过渡频率和形式的试验数据，进而分析获得气压‑焊接参数‑焊缝成形间的内在联系，为高海拔低气压地区焊接工艺的制定提供依据。
Description
技术领域
本申请涉及焊接设备与工艺技术领域，特别涉及一种用于低气压条件下的焊接试验系统。
背景技术
随着西藏地区对成品油和天然气的需求增加，急需在该地区建设成品油管道和天然气管道。由于西藏海拔高度大、气压低，对于管道焊接来说需要摸索一套适用于该地区的焊接工艺和方法。
为了给焊接工艺的制定提供依据，研究低气压环境下电弧及熔滴过渡动态行为，分析气压、焊接参数变化对电弧形态及熔滴过渡频率和形式的影响，以获得气压-焊接参数-焊缝成形间的内在联系，是亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种焊接试验系统。
具体而言，包括以下的技术方案：
提供了一种焊接试验系统，所述焊接试验系统包括：具有密封腔室的密封装置、气压调节装置、压力检测装置、焊接装置、可移动焊接平台和图像采集装置；其中，
所述气压调节装置与所述密封装置密封连接，用于调节所述密封装置的所述密封腔室内的气压；
所述压力检测装置与所述密封装置密封连接，用于检测所述密封装置的所述密封腔室内的气压；
所述焊接装置与所述密封装置密封连接，所述焊接装置的熔化极伸入所述密封装置的所述密封腔室内；
所述可移动焊接平台位于所述密封装置的所述密封腔室内，且位于所述熔化极的下方；
所述图像采集装置位于所述密封装置的外部，用于采集所述熔化极和所述可移动焊接平台处所形成的熔滴的图像；
所述焊接试验系统还包括控制装置，所述气压调节装置、所述压力检测装置、所述焊接装置和所述可移动焊接平台分别与所述控制装置电连接。
在一种可能的设计中，所述密封装置具有多个密封壁，所述密封腔室由所述多个密封壁围合而成；
所述密封壁的材质为不锈钢。
在一种可能的设计中，所述气压调节装置包括分别与所述密封装置的密封腔室连通的真空泵和调压阀；
所述真空泵设置在所述密封装置的第一密封壁上，用于抽取所述密封腔室内的气体；
所述调压阀设置在所述密封装置的第二密封壁上，用于向所述密封腔室释放气体。
在一种可能的设计中，所述气压调节装置还包括真空泵接口；
所述真空泵接口设置在所述密封装置的所述第一密封壁上，所述真空泵通过所述真空泵接口与所述密封腔室连通。
在一种可能的设计中，所述气压调节装置还包括：整流板；
所述整流板设置在所述第一密封壁朝向所述密封腔室的一侧上，且位于所述真空泵接口的下方。
在一种可能的设计中，所述整流板包括第一长方形板和第二长方形板；
所述第一长方形板水平设置在所述真空泵接口的下方，所述第二长方形板垂直设置在所述第一长方形板上，且所述第二长方形板与所述第一密封壁平行。
在一种可能的设计中，所述压力检测装置包括真空压力表；
所述真空压力表设置在所述密封装置的第三密封壁上。
在一种可能的设计中，所述可移动焊接平台包括焊接试板和可移动底座；
所述可移动底座设置在所述密封装置的第四密封壁的内侧，所述焊接试板设置于所述可移动底座上。
在一种可能的设计中，所述可移动底座包括连接在所述焊接试板的底部的横向移动丝杠和纵向移动丝杠。
在一种可能的设计中，所述密封装置的第五密封壁上设置有观察窗，所述观察窗正对所述熔化极和所述焊接试板；
所述图像采集装置通过所述观察窗采集所述熔化极和所述焊接试板处所形成的熔滴的图像。
本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本申请实施例提供的焊接试验系统，通过设置与密封装置密封连接的气压调节装置、压力检测装置和焊接装置，可在密封装置内进行低气压焊接试验，该系统不仅能够设置气压参数，还能够及时有效地调整焊接过程中的环境压力，避免气压变化对焊接试验结果造成的影响，从而更准确地获取在不同气压条件和焊接参数下的电弧形态及熔滴过渡频率和形式的试验数据，进而分析获得气压-焊接参数-焊缝成形间的内在联系，为高海拔低气压地区焊接工艺的制定提供依据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种焊接试验系统的结构透视图；
图2为本申请实施例提供的熔化极和焊接试板的局部放大示意图。
图中的附图标记分别表示为：
1-密封装置；
11-第一密封壁；
12-第二密封壁；
13-第三密封壁；
14-第四密封壁；
15-第五密封壁；
16-观察窗；
2-气压调节装置；
21-真空泵接口；
22-整流板；
23-调压阀；
3-压力检测装置；
4-焊接装置；
41-熔化极；
5-可移动焊接平台；
51-焊接试板；
52-横向移动丝杠；
53-纵向移动丝杠；
6-图像采集装置；
7-焊缝。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请实施例提供了一种焊接试验系统，如图1所示，该焊接试验系统包括：具有密封腔室的密封装置1、气压调节装置2、压力检测装置3、焊接装置4、可移动焊接平台5和图像采集装置6；
其中，气压调节装置2与密封装置1密封连接，用于调节密封装置1的密封腔室内的气压；
压力检测装置3与密封装置1密封连接，用于检测密封装置1的密封腔室内的气压；
焊接装置4与密封装置1密封连接，焊接装置4的熔化极41伸入密封装置1的密封腔室内；
可移动焊接平台5位于密封装置1的密封腔室内，且位于熔化极41的下方；
图像采集装置6位于密封装置1的外部，用于采集熔化极41和可移动焊接平台5处所形成的熔滴的图像；
焊接试验系统还包括控制装置，气压调节装置2、压力检测装置3、焊接装置4和可移动焊接平台5分别与控制装置电连接。
需要说明的是，在本申请中，密封装置1提供了用于试验的密封腔室，以模拟所需的压力环境。
气压调节装置2用于调节密封腔室内的压力，以提供用于试验的压力条件。
压力检测装置3用于检测密封腔室内的压力，以便及时调整密封腔室内压力为所需压力条件。
焊接装置4用于在所设定的焊接参数下形成焊接熔滴。
可移动焊接平台5用于横向和/或纵向移动，以与焊接装置4配合形成焊缝。
图像采集装置6用于拍摄焊接装置4所形成的电弧及熔滴的过渡动态行为。
控制装置用于在所设定的条件下自动控制各个装置的运行，示例地，控制装置可基于设定的试验压力启动控制气压调节装置2，也可基于设定的焊接参数启动焊接装置4，也可基于设定的移动速度控制可移动焊接平台5的移动。除此之外，控制装置还可基于接收到的压力检测装置3的压力值启动/关闭气压调节装置2。
试验前，先检查各装置处于正常状态，并设定试验压力、焊接参数以及焊接平台的移动速度，然后通过控制装置开启气压调节装置2，当密封装置1的密封腔室内的压力达到所设定的试验压力值后，气压调节装置2自动关闭；再通过控制装置开启焊接装置4，焊接装置4按照设定的焊接参数对可移动焊接平台5焊接，焊接时焊接端部保持不动，可移动焊接平台5按照设定的速度作横向或纵向移动。
由于焊接过程中，密封腔室内的压力会发生变化，当压力检测装置3检测到密封腔室内的压力高于或低于所设定的试验压力值时，控制装置可控制气压调节装置2再次启动，直至密封腔室内的压力达到所设定的试验压力值。而在此过程中，图像采集装置6可采集到焊接装置4所形成的电弧及熔滴的过渡动态行为的影像特征信息，为后续分析气压、焊接参数变化对电弧形态及熔滴过渡频率和形式的影响提供资料。
本申请实施例提供的焊接试验系统，通过设置与密封装置密封连接的气压调节装置、压力检测装置和焊接装置，可在密封装置内进行低气压焊接试验，该系统不仅能够设置气压参数，还能够及时有效地调整焊接过程中的环境压力，避免气压变化对试验结果造成的影响，从而更准确地获取在不同气压条件和焊接参数下的电弧形态及熔滴过渡频率和形式的试验数据，进而分析获得气压-焊接参数-焊缝成形间的内在联系，为高海拔低气压地区焊接工艺的制定提供依据。
通过制定合理的焊接工艺，可提高效率，减少施工时间，减少青藏地区操作人员的工作强度，增加运行可靠性，并保证自动管道施工质量。
在上述的焊接试验系统中，密封装置1提供了用于试验的密封腔室。具体地，可设置密封装置1具有多个密封壁，密封腔室由多个密封壁围合而成，密封壁的材质可为不锈钢。
本申请对密封壁的厚度没有严格限定，能满足强度要求即可。示例地，可根据试验最低的压力设计，通过计算选择密封壁的厚度。例如，试验系统可最低模拟0.3atm大气压环境，通过计算采用6mm厚316不锈钢板即可满足强度要求。
为了便于制作，可设置密封装置1为长方体结构。除此之外，还可设置密封装置1为任何其他形状，例如，球体或其他多面体，本申请对此不作严格限定。
在上述的焊接试验系统中，气压调节装置2用于调节密封腔室内的压力。具体地，可使气压调节装置2包括分别与密封装置1的密封腔室连通的真空泵(图中未示出)和调压阀23；真空泵设置在密封装置1的第一密封壁11上，用于抽取所述密封腔室内的气体；调压阀23设置在密封装置1的第二密封壁12上，用于向密封腔室释放气体。
当压力检测装置3检测到密封腔室内的压力高于所设定的试验压力值时，控制装置控制真空泵向外抽取所述述密封腔室内的气体，使腔室内压力降低至试验所需压力值；当压力检测装置3检测到密封腔室内的压力低于所设定的试验压力值时，控制装置控制调压阀23向所述述密封腔室释放气体，使腔室内压力升高至试验所需压力值。
在本申请中，通过真空泵和调压阀23联动控制充气或放气，可及时有效地调整焊接过程中的环境压力，使密封腔室内的压力始终保持在所需的试验压力值或所需的试验压力值的一定误差范围内，避免气压变化对焊接试验结果造成的影响，从而更准确地获取在不同气压条件和焊接参数下的电弧形态及熔滴过渡频率和形式的试验数据。
真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空(压力小于一个标准大气压)的器件或设备。通俗来讲，真空泵是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置。在本申请中，真空泵通过真空泵接口21与密封腔室连通，用于对密封腔室抽气，以使密封腔室达到所设定的试验压力。示例地，本申请中的真空泵可以为液环泵、滑阀泵、直联旋片泵、罗茨泵等。
调压阀基本可以说是减压阀，减压阀的工作原理是高压介质通过一个小孔充到一个相对较大的腔里实现减压，实际上是靠截流减压，膜片或活塞的一面是出口腔，一面是人为给的压力，并且控制小孔大小的阀杆和膜片(活塞)相连，这样只要给一个固定的压力，那么出口腔的压力就会一直等于这个压力，这个人为给定的压力可以由弹簧或气源或液压源来提供。示例地，本申请中的调压阀可以为紧凑型减压阀、中等流量减压阀、常规高压减压阀、二级减压阀、低压大流量减压阀。
其中，第一密封壁11可以为密封装置1的多个密封壁中的任意一个壁。如图1所示，第一密封壁11为密封装置1的左侧壁。除此之外，第一密封壁11还可以是密封装置1的右侧壁、前壁、后壁、顶壁，甚至底壁。
第二密封壁12可以为密封装置1的多个密封壁中的任意一个壁。如图1所示，第二密封壁12为密封装置1的顶壁。除此之外，第二密封壁12还可以是密封装置1的左侧壁、右侧壁、前壁、后壁，甚至底壁。
在上述的焊接试验系统中，为了便于真空泵的连接，可使气压调节装置2还包括真空泵接口21；真空泵接口21设置在密封装置1的第一密封壁11上，真空泵通过所述真空泵接口21与密封腔室连通。
在上述的焊接试验系统中，由于焊接过程中产生气体可能会导致密封装置1内压力不稳定，为了避免密封装置1内气体扰动对焊接造成的影响，还可使气压调节装置2包括：整流板22。整流板22设置在第一密封壁11朝向密封腔室的一侧上，且位于真空泵接口21的下方。
整流板22起导流作用，应用时，密封腔室内的气体可沿着整流板22进入真空泵接口21，并在真空泵的作用下导出。
更具体地，可设置整流板22包括第一长方形板和第二长方形板；第一长方形板水平设置在真空泵接口21的下方，第二长方形板垂直设置在第一长方形板上，且第二长方形板与第一密封壁11平行。如此设置，可使第一长方形板、第二长方形板和第一密封壁11围成一个气流通道，当真空泵开启时，密封腔室内的气体沿该气流通道被抽出。如图1所示，该气流通道的进气口不对准熔化极41，从而避免了气体扰动对焊接造成的影响。
在上述的焊接试验系统中，压力检测装置3用于检测密封腔室内的压力，并将所检测的压力值发送给控制装置，控制装置根据该压力值控制真空泵的开启或关闭，以及时调整密封腔室内压力为所需试验压力条件。示例地，压力检测装置3可包括真空压力表；真空压力表设置在密封装置1的第三密封壁13上。
第三密封壁13可以为密封装置1的多个密封壁中的任意一个壁。如图1所示，第三密封壁13为密封装置1的顶壁。除此之外，第三密封壁13还可以是密封装置1的左侧壁、右侧壁、前壁或后壁。
在上述的焊接试验系统中，焊接装置4用于在所设定的焊接参数下形成焊接熔滴。焊接装置4的端部具有熔化极41，如图2所示，在焊接过程中，熔化极41形成熔滴，并在可移动焊接平台5上形成焊缝7。
在上述的焊接试验系统中，可移动焊接平台5用于横向和/或纵向移动，以与焊接装置4配合形成焊缝7。示例地，可移动焊接平台5可包括焊接试板51和可移动底座；可移动底座设置在密封装置1的第四密封壁14的内侧，焊接试板51设置于可移动底座上。焊接试板51可以为钢板。
更具体地，可移动底座可包括连接在所述焊接试板51的底部的横向移动丝杠52和纵向移动丝杠53。横向移动丝杠52和纵向移动丝杠53可分别在控制装置的控制下，沿横向或纵向移动。
第四密封壁14可以为密封装置1的多个密封壁中的任意一个壁。如图1所示，第四密封壁14可优选为密封装置1的底壁。
在上述的焊接试验系统中，图像采集装置6用于拍摄焊接装置4所形成的电弧及熔滴的过渡动态行为。为了更清楚地获取熔滴的影像信息，可使图像采集装置6为高速摄像采集系统。
更具体地，可在密封装置1的第五密封壁15上设置有观察窗16，观察窗16正对熔化极41和焊接试板51；图像采集装置6可固定在密封装置1的外部，图像采集装置6的摄像头对准观察窗16，通过观察窗16采集熔化极41和焊接试板5 1处所形成的熔滴的图像。
其中，观察窗16可以为设置在第五密封壁15上的玻璃窗。第五密封壁15可以为密封装置1的多个密封壁中的任意一个壁。如图1所示，第五密封壁15为密封装置1的右侧壁。除此之外，第五密封壁15还可以是密封装置1的左侧壁、前壁、后壁。
此外，本申请还可用于实心焊丝、药芯焊丝等低气压状态下焊接试验的研究，为低气压焊接试验行为等相关研究提供了一种可行的试验系统。
在本申请中，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性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。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本申请的技术方案，并不用以限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种焊接试验系统，其特征在于，所述焊接试验系统包括：具有密封腔室的密封装置(1)、气压调节装置(2)、压力检测装置(3)、焊接装置(4)、可移动焊接平台(5)和图像采集装置(6)；其中，
所述气压调节装置(2)与所述密封装置(1)密封连接，用于调节所述密封装置(1)的所述密封腔室内的气压；
所述压力检测装置(3)与所述密封装置(1)密封连接，用于检测所述密封装置(1)的所述密封腔室内的气压；
所述焊接装置(4)与所述密封装置(1)密封连接，所述焊接装置(4)的熔化极(41)伸入所述密封装置(1)的所述密封腔室内；
所述可移动焊接平台(5)位于所述密封装置(1)的所述密封腔室内，且位于所述熔化极(41)的下方；
所述图像采集装置(6)位于所述密封装置(1)的外部，用于采集所述熔化极(41)和所述可移动焊接平台(5)处所形成的熔滴的图像；
所述焊接试验系统还包括控制装置，所述气压调节装置(2)、所述压力检测装置(3)、所述焊接装置(4)和所述可移动焊接平台(5)分别与所述控制装置电连接。
2.根据权利要求1所述的焊接试验系统，其特征在于，所述密封装置(1)具有多个密封壁，所述密封腔室由所述多个密封壁围合而成；
所述密封壁的材质为不锈钢。
3.根据权利要求2所述的焊接试验系统，其特征在于，所述气压调节装置(2)包括分别与所述密封装置(1)的密封腔室连通的真空泵和调压阀(23)；
所述真空泵设置在所述密封装置(1)的第一密封壁(11)上，用于抽取所述密封腔室内的气体；
所述调压阀(23)设置在所述密封装置(1)的第二密封壁(12)上，用于向所述密封腔室释放气体。
4.根据权利要求3所述的焊接试验系统，其特征在于，所述气压调节装置(2)还包括真空泵接口(21)；
所述真空泵接口(21)设置在所述密封装置(1)的所述第一密封壁(11)上，所述真空泵通过所述真空泵接口(21)与所述密封腔室连通。
5.根据权利要求4所述的焊接试验系统，其特征在于，所述气压调节装置(2)还包括：整流板(22)；
所述整流板(22)设置在所述第一密封壁(11)朝向所述密封腔室的一侧上，且位于所述真空泵接口(21)的下方。
6.根据权利要求5所述的焊接试验系统，其特征在于，所述整流板(22)包括第一长方形板和第二长方形板；
所述第一长方形板水平设置在所述真空泵接口(21)的下方，所述第二长方形板垂直设置在所述第一长方形板上，且所述第二长方形板与所述第一密封壁(11)平行。
7.根据权利要求2所述的焊接试验系统，其特征在于，所述压力检测装置(3)包括真空压力表；
所述真空压力表设置在所述密封装置(1)的第三密封壁(13)上。
8.根据权利要求2所述的焊接试验系统，其特征在于，所述可移动焊接平台(5)包括焊接试板(51)和可移动底座；
所述可移动底座设置在所述密封装置(1)的第四密封壁(14)的内侧，所述焊接试板(51)设置于所述可移动底座上。
9.根据权利要求8所述的焊接试验系统，其特征在于，所述可移动底座包括连接在所述焊接试板(51)的底部的横向移动丝杠(52)和纵向移动丝杠(53)。
10.根据权利要求8所述的焊接试验系统，其特征在于，所述密封装置(1)的第五密封壁(15)上设置有观察窗(16)，所述观察窗(16)正对所述熔化极(41)和所述焊接试板(51)；
所述图像采集装置(6)通过所述观察窗(16)采集所述熔化极(41)和所述焊接试板(51)处所形成的熔滴的图像。
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