CN116703858A - 一种焊接接头稀释率计算方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开属于焊接数据处理技术领域,提供了一种焊接接头稀释率计算方法及系统,获取焊接接头的金相照片;临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓;确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置;计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积,计算焊接接头稀释率。本公开能够实现直接测定稀释率,避免间接测定的诸多问题;且适应性良好,适用于多种坡口型式、多种焊接方法,有助于推动焊接工艺研发及接头质量评估。
Description
技术领域
本公开属于焊接数据处理技术领域,具体涉及一种焊接接头稀释率计算方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
稀释率是指焊缝横截面积中,母材熔入的横截面积与焊缝横截面积的百分比。如图1所示,当焊缝两侧的材料A、材料B成分不同时,母材A引发的稀释率为:DA=FA/(FA+FB+F1),母材B引发的稀释率为:DB=FB/(FA+FB+F1)。
当焊缝两侧的材料A、材料B成分相同时:母材引发的稀释率为:D=(FA+FB)/(FA+FB+F1)。
在所有熔化焊焊接接头中,都有一定数量的母材被焊接热源烧熔进而与填充金属相混合形成焊缝。因为填充金属的成分与母材的成分存在差异,所以母材所引发的稀释率的大小会直接决定焊缝的成分,从而影响到焊缝金属的组织和性能。
可以看出,稀释率是焊接技术领域的重要概念,对于异种金属焊接、堆焊保护层焊接、新型坡口焊接工艺试验、焊接新工艺研发等研究方向来说尤为关键。但是目前工程技术领域缺乏直接测定稀释率的有效方法。
据发明人了解,目前常用两种方法间接测定焊接接头的稀释率。第一种为元素计算法,该方法根据母材、填充金属元素含量的差异,通过测定焊缝组织中某几种元素的含量来计算稀释率。
该方法存在如下问题:首先,该方法对设备要求很高,需要借助扫描电镜等设备对焊缝微小区域的元素含量进行测定;其次,焊缝各区域元素分布不均,需要在焊缝中选取众多微区进行测量,由此导致成本、时间进一步增加;第三,焊接过程中母材、填充金属的元素均会出现一定程度的烧损,元素的损失会显著降低该方法的测量精度;第四,该方法需要先对试样进行腐蚀确定焊缝区域才能开展后续元素测量,腐蚀过程会对元素的测定造成干扰,进一步影响该方法的测量精度。
正是基于上述多个原因,元素测定法不仅精确度较低(误差接近20%),且成本偏高,因此该方法没有得到广泛的应用。
第二种方法为模型计算法,该方法将焊缝形状做简化处理,采用遗传神经网络、Elman网格算法、响应曲面法、统计分析等不同算法,建立了通过焊接电流、焊接速度等工艺参数计算稀释率的模型,通过数学模型来计算稀释率。
但该模型存在诸多不足,例如未考虑填充金属的作用、难以直接与稀释率建立关系等,采用该模型研究热输入与稀释率的关系容易得出相反的结论。此外,该模型是通过简单的堆焊试验收集基础数据,也是通过堆焊试验对模型进行验证,而堆焊工艺与常规焊接工艺有较大差异,因此该模型不适用于大多数的焊接工艺,也不适用于常见的坡口型式,更没法根据错边、焊接变形等实际情况进行调整。
正是基于上述多个原因,模型计算法适应性较差,计算精度偏低,因此该方法没有得到广泛的应用。
综上,基于上述两种计算方法的诸多缺陷,有必要转变思路,根据稀释率的定义开发一种直接测定焊接接头稀释率的方法。
发明内容
本公开为了解决上述问题,提出了一种焊接接头稀释率计算方法及系统,本公开能够解决焊接接头稀释率计算难度大、计算不准确等问题,能够直接测定稀释率,避免间接测定的诸多问题,适用性好,可以根据焊接情况进行调整。
根据一些实施例,本公开采用如下技术方案:
一种焊接接头稀释率计算方法,包括以下步骤:
获取焊接接头的金相照片;
临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓;
确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置;
计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积,计算焊接接头稀释率。
作为可选择的实施方式,临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓前,将金相照片导入计算机辅助设计软件。
作为进一步的实施方式,确定单位长度的放大倍率,调整宏观金相照片的尺寸,将宏观金相照片调整至设定尺度后,临摹焊缝及其熔合线的轮廓。
作为可选择的实施方式,确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置并将焊缝划分为若干封闭区域。
作为可选择的实施方式,根据焊缝划分的若干封闭区域,计算各个封闭区域的横截面积,进而计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积。
作为进一步的实施方式,划分封闭区域的原则为各个区域之间不存在任何重叠区,各个封闭区域之和为整个接头形状的轮廓区域;
不涉及焊接接头母材熔入的横截面积的区域作为单独的区域。
作为可选择的实施方式,若接头出现大于设定值的角变形,测量接头的变形角度,据此变形角度将接头的原始形状按变形方向围绕基准点旋转。
一种焊接接头稀释率计算系统,包括:
图像接收模块,被配置为获取焊接接头的金相照片;
轮廓描绘模块,被配置为临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓;
原始形状描绘模块,被配置为确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置;
计算模块,被配置为计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积,计算焊接接头稀释率。
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述方法中的步骤。
一种终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
与现有技术相比,本公开的有益效果为:
本公开能够实现直接测定稀释率,避免间接测定的诸多问题;且适应性良好,适用于多种坡口型式、多种焊接方法,有助于推动焊接工艺研发及接头质量评估。
本公开操作简单,计算精度高,操作灵活,可根据错边、焊接变形等实际情况进行调整。
本公开将稀释率计算过程步骤化、标准化、模式化,可有效解决焊接接头稀释率计算难度大、计算不准确等问题。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。
图1是稀释率计算原理示意图;
图2是实施例一中的宏观金相照片导入CAD操作界面的示意图;
图3是实施例一中的临摹焊缝及其熔合线的轮廓示意图;
图4是实施例一中的接头的原始形状绘制在宏观金相照片的示意图;
图5是实施例一中的计算各个封闭区域面积示意图;
图6是实施例二中的宏观金相照片导入CAD操作界面的示意图;
图7是实施例二中的临摹焊缝及其熔合线的轮廓示意图;
图8是实施例二中的接头的原始形状绘制在宏观金相照片的示意图;
图9是实施例二中的计算各个封闭区域面积示意图;
图10是实施例三中的宏观金相照片导入CAD操作界面的示意图;
图11是实施例三中的临摹焊缝及其熔合线的轮廓示意图;
图12是实施例三中的接头的原始形状绘制在宏观金相照片的示意图;
图13是实施例四中的宏观金相照片导入CAD操作界面的示意图;
图14是实施例四中的临摹焊缝及其熔合线的轮廓示意图;
图15是实施例四中的接头的原始形状绘制在宏观金相照片的示意图;
图16为本公开的流程示意图。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中,术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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,只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词,并非特指本公开中任一部件或元件,不能理解为对本公开的限制。
本公开中,术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解,表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员,可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义,不能理解为对本公开的限制。
本公开提供了一种焊接接头稀释率计算方法,如图16所示,包括:
步骤一:通过金相检测获取焊接接头的宏观金相照片。
步骤二:将宏观金相照片导入计算机辅助软件(以CAD为例进行说明)的操作界面中。
步骤三:临摹焊缝及其熔合线的轮廓。
步骤四:根据焊接工艺规程确定坡口尺寸,将接头的原始形状(焊接前)绘制在宏观金相照片的对应位置,并划分区域。
步骤五:依次计算焊接接头各区域的面积,计算得到母材熔入的横截面积与焊缝横截面积。
步骤六:计算母材熔入的横截面积与焊缝横截面积的百分比,得到焊接接头稀释率。
下面以不同的实施例进行详细介绍。
实施例一
铝合金激光填丝焊角接接头稀释率计算过程包括:
(1)通过金相检测获取铝合金激光填丝焊焊接接头的宏观金相照片;
(2)检查宏观金相照片,确定焊缝熔合线是否清晰,标尺是否完整、准确;
(3)将宏观金相照片导入CAD操作界面中,如图2所示;
(4)在CAD操作界面测量宏观金相照片中标尺的尺寸,确定单位长度的放大倍率,据此将宏观金相照片缩小至正常尺度;
(5)使用CAD软件“样条曲线”功能临摹焊缝及其熔合线的轮廓,如图3所示;
(6)根据焊接工艺规程确定该接头未开坡口、未留间隙,据此将接头的原始形状(焊接前)绘制在宏观金相照片的对应位置,并将焊缝划分为FA区、FB区、F1区,如图4所示;
(7)将FA区四周的线条合并,形成一个封闭图形,选取该封闭图形,点击鼠标右键,查询特性-几何图形-面积获取FA区的面积数据,如图5所示。以同样方法获取FB区、F1区的面积数据。FA区、FB区、F1区的面积分别为4.05mm2、2.15mm2、1.30mm2;
(8)套用公式对稀释率进行计算,求得D=(FA+FB)/(FA+FB+F1)=(4.05+2.15)/(4.05+2.15+1.30)=82.67%。
实施例二
铝合金MIG焊对接接头稀释率计算过程包括:
(1)通过金相检测获取铝合金MIG焊焊接接头的宏观金相照片;
(2)检查宏观金相照片,确定焊缝熔合线是否清晰,标尺是否完整、准确;
(3)将宏观金相照片导入CAD操作界面中,如图6所示;
(4)在CAD操作界面测量宏观金相照片中标尺的尺寸,确定单位长度的放大倍率,据此将宏观金相照片缩小至正常尺度;
(5)使用CAD软件“样条曲线”功能临摹焊缝及其熔合线的轮廓,如图7所示;
(6)根据焊接工艺规程确定该接头的坡口尺寸为双边70°坡口、3mm间隙、0mm钝边,据此将接头的原始形状(焊接前)绘制在宏观金相照片的对应位置,并将焊缝划分为FA区、FB区、F1区,如图8所示;
(7)将FA区四周的线条合并,形成一个封闭图形,选取该封闭图形,点击鼠标右键,查询特性-几何图形-面积获取FA区的面积数据,如图9所示。以同样方法获取FB区、F1区的面积数据。FA区、FB区、F1区的面积分别为2.83mm2、2.13mm2、28.14mm2;
(8)套用公式对稀释率进行计算,求得D=(FA+FB)/(FA+FB+F1)=(2.83+2.13)/(2.83+2.13+28.14)=14.98%。
实施例三
铝合金激光-MIG复合焊对接接头稀释率计算过程:
根据母材烧熔情况进行调整的示例。
(1)通过金相检测获取铝合金激光-MIG复合焊焊接接头的宏观金相照片;
(2)检查宏观金相照片,确定焊缝熔合线是否清晰,标尺是否完整、准确;
(3)将宏观金相照片导入CAD操作界面中,如图10所示;
(4)在CAD操作界面测量宏观金相照片中标尺的尺寸,确定单位长度的放大倍率,据此将宏观金相照片缩小至正常尺度;
(5)使用CAD软件“样条曲线”功能临摹焊缝及其熔合线的轮廓,如图11所示;
(6)根据焊接工艺规程确定该接头的坡口尺寸为双边20°坡口、0mm间隙、2mm钝边,据此将接头的原始形状(焊接前)绘制在宏观金相照片的对应位置,并将焊缝及其周边划分为FA区、FB区、F1区、F2区、FC区、FD区,如图12所示。其中FC区、FD区是母材被焊接热源烧熔留下的凹陷区域,FC区、FD区原先的母材组织均已熔入焊缝,因此这两个区域也需要按母材熔入的横截面积进行测量;
(7)将FA区四周的线条合并,形成一个封闭图形,选取该封闭图形,点击鼠标右键,查询特性-几何图形-面积获取FA区的面积数据。以同样方法获取FB区、F1区、F2区、FC区、FD区的面积数据。FA区、FB区、F1区、F2区、FC区、FD区的面积分别为30.99mm2、37.37mm2、24.55mm2、15.11mm2、0.79mm2、0.29mm2;
(8)套用公式对稀释率进行计算,求得D=(FA+FB+FC+FD)/(FA+FB+FC+FD+F1+F2)=(30.99+37.37+0.79+0.29)/
(30.99+37.37+0.79+0.29+24.55+15.11)=63.65%。
实施例四
铝合金MIG焊T形对接接头(J形坡口)稀释率计算:
本实施例为根据焊接接头角变形进行调整的示例。
(1)通过金相检测获取铝合金MIG焊焊接接头的宏观金相照片;
(2)检查宏观金相照片,确定焊缝熔合线是否清晰,标尺是否完整、准确;
(3)将宏观金相照片导入CAD操作界面中,如图13所示;
(4)在CAD操作界面测量宏观金相照片中标尺的尺寸,确定单位长度的放大倍率,据此将宏观金相照片缩小至正常尺度;
(5)使用CAD软件“样条曲线”功能临摹焊缝及其熔合线的轮廓,如图14所示;
(6)根据焊接工艺规程确定该接头的坡口为J形坡口,J形坡口的尺寸为5mm圆角、单边25°坡口、2mm间隙、2mm钝边、2mm平台,据此将接头的原始形状(焊接前)绘制在宏观金相照片的对应位置。因为该T形接头出现了明显的角变形,为了确保计算的精度,在CAD操作界面测量T形接头的变形角度,测得角变形为5.1°,据此将接头的原始形状(焊接前)按变形方向围绕基准点旋转5.1°。接头的原始形状(焊接前)调整完成后,可将焊缝划分为FA1区、FA2区、FB区、FC区、F1区,如图15所示;
(7)将FA1区四周的线条合并,形成一个封闭图形,选取该封闭图形,点击鼠标右键,查询特性-几何图形-面积获取FA1区的面积数据。以同样方法获取FA2区、FB区、FC区、F1区的面积数据。FA1区、FA2区、FB区、FC区、F1区的面积分别为6.92mm2、2.24mm2、8.07mm2、3.82mm2、146.04mm2;
(8)套用公式对稀释率进行计算,求得D=(FA1+FA2+FB+FC)/(FA1+FA2+FB+FC+F1)=(6.92+2.24+8.07+3.82)/(6.92+2.24+8.07+3.82+146.04)=12.60%。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本公开的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取焊接接头的金相照片;
临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓;
确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置;
计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积,计算焊接接头稀释率。
2.如权利要求1所述的一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓前,将金相照片导入计算机辅助设计软件。
3.如权利要求2所述的一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,确定单位长度的放大倍率,调整宏观金相照片的尺寸,将宏观金相照片调整至设定尺度后,临摹焊缝及其熔合线的轮廓。
4.如权利要求1所述的一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置并将焊缝划分为若干封闭区域。
5.如权利要求1所述的一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,根据焊缝划分的若干封闭区域,计算各个封闭区域的横截面积,进而计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积。
6.如权利要求5所述的一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,划分封闭区域的原则为各个区域之间不存在任何重叠区,各个封闭区域之和为整个接头形状的轮廓区域;
不涉及焊接接头母材熔入的横截面积的区域作为单独的区域。
7.如权利要求1所述的一种焊接接头稀释率计算方法,其特征在于,若接头出现大于设定值的角变形,测量接头的变形角度,据此变形角度将接头的原始形状按变形方向围绕基准点旋转。
8.一种焊接接头稀释率计算系统,其特征在于,包括:
图像接收模块,被配置为获取焊接接头的金相照片;
轮廓描绘模块,被配置为临摹金相照片上的焊缝及其熔合线的轮廓;
原始形状描绘模块,被配置为确定坡口尺寸,将接头的原始形状绘制在宏观金相照片的对应位置;
计算模块,被配置为计算焊接接头母材熔入的横截面积与焊缝横截面积,计算焊接接头稀释率。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述方法中的步骤。
10.一种终端设备,其特征在于,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述方法中的步骤。
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