CN115229363A - 一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置 - Google Patents

一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，包括管状保护壳体、开设在所述壳体上的焊接熔池飞溅掉落通孔和内焊缝成形取像孔，所述内焊缝成形取像孔下方、壳体内设有检测机构，所述检测机构包括固定设置在所述壳体底部上的摄像头固定座、设置在所述摄像头固定座上的摄像头、设置在所述摄像头四角位置处的照明灯、设置在所述摄像头上的保护镜片；由此，本发明通过摄像头对焊缝的实时监控，可以对直缝连续焊管的内焊缝成形情况进行实时反馈，进而实时调节焊接参数，防止管材焊接过程中焊缝出现未焊透、焊缝过宽等情况，提高焊接质量，节约生产成本，为直缝连续焊管的生产提供方便。

Description

一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置
技术领域
本发明涉及直缝连续焊管焊接技术领域，具体地为一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置。
背景技术
目前，直缝连续焊管的主要制造流程为(1)开卷；(2)管坯成型；(3)连续焊接；(4)一次定径；(5)在线退火；(6)二次定径；(7)在线探伤；(8)定尺切断；(9)压力测试；(10)包装、入库。带材在进入焊管机组前，需要使用带材开卷机展开带材，确保带材在平直状态下进入焊管机组的成型部位，带材进入连续辊弯成型设备后，制成开口管坯，使用TIG或激光焊接设备进行管材的连续焊接，焊接后管材经过热处理炉进行去应力退火等工序。
管材焊接是直缝连续焊管加工的重要工序，焊接过程中一般使用氩气作为保护气，防止焊缝凝固冷却前与氧气、水蒸气等气体发生反应，管材焊接过程中管材内部通入氩气对内焊缝进行保护，管材外部在管材焊接位置吹入氩气对外焊缝进行保护。管材的焊接接头质量对管材的力学性能有着重要影响，焊接过程中焊接热输入过小，会造成焊缝熔合不充分，管材热输入过大，会造成焊缝组织晶粒粗大、焊缝过宽，恶化焊缝力学性能。焊接过程中要求必须焊透，不能存在虚焊、偏焊、等焊接缺陷，这些焊接缺陷在降低焊缝强度的同时也容易在未焊透区域延伸成裂纹，在管材承受高压时存在发生泄漏的风险。因此，在焊管生产调机过程中，生产人员为检查焊管是否焊透以及工艺是否合适，通常会采用停机的方法在焊管焊缝处采用不同设备对管材进行切割、取样检查焊管内焊缝成形效果，这种方法极大提高了焊管制造的时间成本和材料成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置。
本发明所要解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，包括管状保护壳体、开设在所述壳体上的焊接熔池飞溅掉落通孔和内焊缝成形取像孔，所述内焊缝成形取像孔下方、壳体内设有检测机构，所述检测机构包括固定设置在所述壳体底部上的摄像头固定座、设置在所述摄像头固定座上的摄像头、设置在所述摄像头四角位置处的照明灯、设置在所述摄像头上的保护镜片。
在一个实施方式中，所述壳体的外表面两端设有密封塞。
在一个实施方式中，所述密封塞材质为硅胶、尼龙、聚四氟乙烯中的一种或多种。
在一个实施方式中，所述壳体内壁两侧从上至下依次设有冷却水管、导线管、焊缝内保护气管，所述冷却水管、导线管、焊缝内保护气管通过固定支架设置在所述壳体内。
在一个实施方式中，所述冷却水管、导线管、焊缝内保护气管的材质为铝管、铜管或不锈钢管。
在一个实施方式中，所述冷却水管与所述焊缝内保护气管管径相同，所述导线管管径小于所述冷却水管管径。
在一个实施方式中，所述冷却水管和所述焊缝内保护气管的管径≥3mm。
在一个实施方式中，所述摄像头像素≥200万像素，视场角度≥90°，所述照明灯为色温自然光的LED灯。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，通过开设在壳体上的焊接熔池飞溅掉落通孔和内焊缝成形取像孔，内焊缝成形取像孔下方、壳体内设有检测机构，检测机构包括固定设置在壳体底部上的摄像头固定座、设置在摄像头固定座上的摄像头、设置在摄像头四角位置处的照明灯、设置在摄像头上的保护镜片；由此，本申请结构设计合理，易于实现，操作步骤简单、方便，能在焊管调机生产时，实时观测调机参数对焊管焊缝成形影响，消除调机过程中因检查焊缝焊透情况而造成的材料浪费与时间消耗。
2.本发明的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，通过内焊缝成形取像孔下方、壳体(10)内设有检测机构，由此通过检测机构可以实时反馈焊管内焊缝成形情况。且在焊管TIG焊接工艺下，钨针会随使用时间延长而发生烧损，造成焊缝热输入变化进而引起内焊缝变化，本发明的监测装置可随时监测内焊缝的变化，对钨针参数调节提供反馈；焊管激光焊接过程中，管材激光焊焊透临界功率不易观察，激光功率过大会导致激光辐射至底部管材，本发明的监测装置可随时监测内焊缝焊透情况，对激光焊功率及时反馈。
附图说明
图1为本发明实施例1的监测是结构示意图；
图2为本发明图1的整体结构示意图；
图3为本发明实施例1去掉壳体的结构示意图；
图4为本发明图3去掉密封塞的左视结构示意图；
图5为本发明图3去掉密封塞的右视结构示意图。
图中：10、壳体，11、焊接熔池飞溅掉落通孔，12、内焊缝成形取像孔，15、冷却水管，16、导线管，17、焊缝内保护气管，18、固定支架，20、摄像头固定座，21、摄像头，22、照明灯，23、保护镜片，30、密封塞。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-5所示，本实施例包括管状保护壳体10、开设在壳体10上的焊接熔池飞溅掉落通孔11和内焊缝成形取像孔12，内焊缝成形取像孔12下方、壳体10内设有检测机构，由此，在焊管焊接过程中，焊管内部因焊接工艺选择不当会存在焊接飞溅、严重的焊接热量辐射、焊接烟尘等存在，管状保护壳体10能够保护壳体10内部的检测机构；
在本实施例中，焊接熔池飞溅掉落孔11和内焊缝成形取像孔12的中心距离≥150mm。
焊接熔池飞溅掉落通孔11位于焊管焊接熔池正下方，焊接过程中出现焊穿情况下，焊接熔池飞溅掉落通孔11可以避开激光或弧光，使弧光或激光从中心穿过，防止保护壳体的烧损，且焊接飞溅及脱落熔池也可从中穿过。
检测机构包括固定设置在壳体10底部上的摄像头固定座20、设置在摄像头固定座20上的摄像头21、设置在摄像头21四角位置处的照明灯22、设置在摄像头21上的保护镜片23，由此，内焊缝成形取像孔12为摄像头21获取内焊缝成形情况提供视野；摄像头21为内焊缝成形提供实时反馈；照明灯22为摄像头21取相位置提供照明；保护镜片23为摄像头21提供保护作用，防止焊接烟尘及固体颗粒对摄像头表面造成污染、损坏，此外，在激光焊接过程中，焊管焊穿情况下，保护镜片选用滤波片时，可防止焊管内部反射激光对摄像头内部器件的损伤。
在本实施例中，摄像头21像素≥200万像素，视场角度≥90°，保护镜片23根据焊接工艺可选普通保护镜片或滤波镜片，照明灯22为色温自然光(4000K～500K)的LED灯。
壳体10的外表面两端设有密封塞30，密封塞材质为硅胶、尼龙、聚四氟乙烯中的一种或多种，密封塞30对焊管内部气体起到密封作用，防止内保护气的快速外逸，确保焊管内焊缝始终处于保护气氛围，此外，保证内检测装置在焊管内部的相对位置。
壳体10内壁两侧从上至下依次设有冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17，冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17的材质为铝管、铜管或不锈钢管，在本实施例中，冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17通过固定支架18设置在壳体10内；且冷却水管15与焊缝内保护气管17管径相同，导线管16管径小于冷却水管15管径；同时冷却水管15和焊缝内保护气管17的管径≥3mm；
在本实施例中，导线管16；对本发明中电子器件导线起到导引、保护作用；
冷却水管15靠近检测机构的通过水管连通，实现循环，从而在焊管焊接过程中，焊管内部存在大量热辐射时，冷却水管15中循环水可将焊管内部热量带走，保证装置运行温度正常；
壳体10内壁两侧的焊缝内保护气管17靠近检测机构的一端延伸有焊缝内保护出气管，焊缝内保护出气管的出气端从内焊缝成形取像孔12延伸出，从而焊缝内保护气管17为焊管内焊缝保护气提供导入，焊接内保护气出口位于摄像头附近可借助保护气流吹走摄像头附近出现的烟尘及细小固体颗粒，为摄像头提供清晰视场，此外，内保护气在焊管内部的持续通入可在焊管内部保持与焊管外部保持一定气压差，对焊缝熔池金属起到一定托扶，防止焊缝熔池因自身重力及电弧压力所造成的下榻。
在本实施例中，连续焊管外径规格为20mm～200mm，连续焊管壁厚规格为0.5mm～3mm。
应用实施例1
本实施例采用TIG焊接工艺下对焊管进行焊接，并通过实施例1的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置进行监测的情况如下：
焊管：管材壁厚1.2mm，管材外径Φ32mm，TIG焊接工艺、焊接速度1.5m/min，焊接电流140A，电压10V，焊接气流量10L/min，内保护气流量10L/min。
监测装置：焊接熔池飞溅掉落孔11和内焊缝成形取像孔12的中心距离为200mm；摄像头21像素200万像素，视场角度120°；保护镜片23选普通保护镜片；照明灯22自然光LED灯；冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17的直径均3mm，材质铜管；密封塞尼龙、聚四氟乙烯复合材料。
焊接过程中肉眼观察管材外焊缝成形良好，无法判断管材内焊缝成形效果；
内监测结果：管材未焊透，内焊缝焊接接头缝隙明显。
应用实施例2
本实施例采用TIG焊接工艺下对焊管进行焊接，并通过实施例1的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置进行监测的情况如下：
焊管：管材壁厚1.2mm，管材外径Φ32mm，TIG焊接工艺、焊接速度1.5m/min，焊接电流150A，电压10V，焊接气流量10L/min，内保护气流量10L/min。
监测装置：焊接熔池飞溅掉落孔11和内焊缝成形取像孔12的中心距离为200mm；摄像头21像素200万像素，视场角度120°；保护镜片23选普通保护镜片；照明灯22自然光LED灯；冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17直径均3mm，材质铜管；密封塞尼龙、聚四氟乙烯复合材料。
焊接过程中肉眼观察管材外焊缝成形良好，相比于实施例1中外焊缝宽度增加，无法判断管材内焊缝成形效果；
内监测结果：管材内焊缝焊透，内焊缝成形良好，内焊缝熔池无明显下榻。
应用实施例3
本实施例采用激光焊接工艺下对焊管进行焊接，并通过实施例1的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置进行监测的情况如下：
焊管：管材壁厚1.5mm，管材外径Φ30mm，激光焊接工艺、焊接速度2.0m/min，激光功率1500W，离焦量+5mm，内保护气流量10L/min。
监测装置：焊接熔池飞溅掉落孔11和内焊缝成形取像孔12的中心距离为200mm；摄像头21像素200万像素，视场角度120°；保护镜片23选滤波镜片；照明灯22自然光LED灯；冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17直径均3mm，材质铜管；密封塞尼龙、聚四氟乙烯复合材料。
焊接过程中肉眼观察管材外焊缝整体成形良好，焊缝两侧存在轻微咬边，无法判断管材内焊缝成形效果；
内监测结果：管材焊透，内焊缝焊接接头成形良好，内焊缝表面及焊缝两侧无飞溅。
应用实施例4
本实施例采用激光焊接工艺下对焊管进行焊接，并通过实施例1的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置进行监测的情况如下：
焊管：管材壁厚1.5mm，管材外径Φ30mm，激光焊接工艺、焊接速度2.0m/min，激光功率1600W，离焦量+5mm，内保护气流量10L/min。
监测装置：焊接熔池飞溅掉落孔11和内焊缝成形取像孔12的中心距离为200mm；摄像头21像素200万像素，视场角度120°；保护镜片23选滤波镜片；照明灯22自然光LED灯；冷却水管15、导线管16、焊缝内保护气管17直径均3mm，材质铜管；密封塞尼龙、聚四氟乙烯复合材料。
焊接过程中肉眼观察管材外焊缝整体成形良好，焊缝两侧存在轻微咬边，无法判断管材内焊缝成形效果，内监测结果：管材焊透，内焊缝焊接接头成形较差，内焊缝表面及焊缝两侧出现飞溅。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明技术方案进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (8)

1.一种直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：包括管状保护壳体(10)、开设在所述壳体(10)上的焊接熔池飞溅掉落通孔(11)和内焊缝成形取像孔(12)，所述内焊缝成形取像孔(12)下方、壳体(10)内设有检测机构，所述检测机构包括固定设置在所述壳体(10)底部上的摄像头固定座(20)、设置在所述摄像头固定座(20)上的摄像头(21)、设置在所述摄像头(21)四角位置处的照明灯(22)、设置在所述摄像头(21)上的保护镜片(23)。
2.根据权利要求1所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述壳体(10)的外表面两端设有密封塞(30)。
3.根据权利要求2所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述密封塞材质为硅胶、尼龙、聚四氟乙烯中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述壳体(10)内壁两侧从上至下依次设有冷却水管(15)、导线管(16)、焊缝内保护气管(17)，所述冷却水管(15)、导线管(16)、焊缝内保护气管(17)通过固定支架(18)设置在所述壳体(10)内。
5.根据权利要求4所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述冷却水管(15)、导线管(16)、焊缝内保护气管(17)的材质为铝管、铜管或不锈钢管。
6.根据权利要求5所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述冷却水管(15)与所述焊缝内保护气管(17)管径相同，所述导线管(16)管径小于所述冷却水管(15)管径。
7.根据权利要求6所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述冷却水管(15)和所述焊缝内保护气管(17)的管径≥3mm。
8.根据权利要求7所述的直缝连续焊管内焊缝成形监测装置，其特征在于：所述摄像头(21)像素≥200万像素，视场角度≥90°，所述照明灯(22)为色温自然光的LED灯。
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