CN201503415U - 一种带钢焊缝缺陷在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在线检测带钢焊缝缺陷的装置，包括检测装置、与检测装置连接的波形处理系统和与波形处理系统连接的计算机系统，其中检测装置包括带钢夹头、驱动元件、小车和设于小车上的检测探头，探头随着小车的移动对被测焊缝涡流信号的变化进行检测，然后将检测信号传输给波形处理系统进行处理，最后传输至计算机系统进行观察和分析。该装置能够快速甄别焊缝内部的缺陷，从而极大的降低断带事故的发生。此外该装置可以安装在焊机设备中，能够满足机组快节奏生产的需要。

Description

一种带钢焊缝缺陷在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，尤其涉及一种借助测定材料电磁性能的改变来判断材料内部缺陷的装置。

背景技术

为保证带钢的连续生产，前卷带钢的带尾和后卷带钢的带头需通过焊接方法进行连接。大型钢厂冷轧机组配置的焊接设备大多为激光焊机，激光焊接有别于传统的焊接方式，具有热影响区窄，焊缝成形性好等特点，但如焊接工艺控制不当仍然会在焊缝中产生焊接缺陷，如咬边、气孔、裂纹等，这些焊接缺陷常会加剧带钢在后续轧制时产生断带事故的发生频率，对于高强度钢和硅钢产生断带的机率更大，因此带钢焊缝质量的好坏直接影响到冷轧机组的稳定运行。目前焊接工段评价带钢焊缝的方法通常采用表面形貌观测法和杯凸试验。表面形貌观测法通常采用肉眼或在线的CCD视频观测带钢表面的焊接质量，但该法无法观察到带钢焊缝内部的焊接质量；杯凸试验可反映带钢焊缝焊接后的力学性能，但由于该法是将杯凸试验后的断裂形貌与标准的断裂形貌进行宏观比较，无法得到焊缝内部焊接质量的真实状况，而且由于试验时在带钢上的加载情况与实际焊缝的受力情况存在较大差异，也无法真实反映焊缝的抗疲劳断裂和轧制力的能力，所以现有的带钢焊缝评价方法均存在不足之处。

发明内容

本实用新型的目的是针对带钢焊缝厚度薄、用于焊缝质量检测的时间短、无损检测时焊缝还处于高温状态的特点，设计一种在短时间内可以完成焊缝检测的装置，该装置需对造成带钢断带的焊接缺陷具有非常高的灵敏度。

本实用新型的技术构思是：为了保证冷轧薄板生产的连续性，热轧带钢在进入到酸轧机组前，需要将前后钢卷通过激光焊连接在一起，由于酸轧机组是空间立体布置的，且焊接后的带钢还需通过拉矫机组，带钢焊缝在整个工艺过程中将不断承受大张力和弯曲疲劳，这时如果焊缝中存在焊接缺陷，焊缝中的缺陷有可能在反复弯曲过程中发生扩展，在大张力的作用下可能发生断带事故。即使焊缝内的缺陷在反复弯曲过程中不发生断带，在进入轧机后，由于轧制力和轧制张力的作用也有可能使带钢焊缝内的缺陷发生快速扩展，造成断带事故。

通过分析实际断带事故发现，绝大多数断带事故发生在带钢的焊缝处，而产生该事故的原因是由于带钢内的张力和带钢焊缝内部缺陷共同作用而造成的。带钢内的张力由生产工艺所决定，为满足带钢生产工艺要求，张力的调整范围往往很小。为防止断带事故的发生，尽量降低焊缝内部的焊接缺陷，不让有超标缺陷的焊缝进入到轧机是一种行之有效的办法。在带钢离开焊缝前对焊缝进行无损检测，对于存在超标焊接缺陷的焊缝在焊接机组上就进行修复，从而确保通过轧机的焊缝焊接质量。因此发明一种能在线检测带钢焊缝缺陷的装置对防止带钢断带事故的发生具有重要意义。

常用于焊缝质量检测的无损方法有X射线法和超声波法。X射线检测法由于设备体积大，对形成的X射线片子评定要求高，评定时间长，投资大，对现场环境要求高，它不适应于带钢焊缝的无损检测。超声检测方法是一种接触式的方法，在工作过程中需要采用耦合剂，要求被检测表面平整，且对被检测对象有一定的厚度要求，因此对于实施带钢焊缝检测难度很大，况且由于带钢生产的连续性，能用于焊缝无损检测的时间非常有限，以上两种方法均无法在短时间内完成带钢焊缝无损检测。

本实用新型采用可行涡流检测的方法，利用涡流检测原理对带钢焊缝进行无损检测。涡流检测是采用电磁感应的原理，通过测定工件内感生涡流的变化来无损检测材料内部的缺陷和性能，当涡流信号的波形变化较大时，焊缝质量较差。

本实用新型根据该原理，针对带钢焊缝的无损检测焊缝厚度薄、用于焊缝质量检测的时间短、无损检测时焊缝还处于高温状态的特点，提供了一种带钢焊缝缺陷在线检测装置，包括检测装置、与检测装置连接的波形处理系统和与波形处理系统连接的计算机系统，所述检测装置包括：

一带钢夹头，用于夹紧带钢；

一驱动元件；

一小车，与所述驱动元件连接，小车两侧设有滚轮，滚轮与带钢夹头上表面接触，小车可由驱动元件带动，在带钢夹头上表面沿焊缝平行移动；

一检测探头，设于小车上，随着小车的移动对被测焊缝涡流信号的变化进行检测。

优选地，所述检测装置还包括一位移传感器，设于小车上，与检测探头连接，用于检测所述检测探头和被测焊缝之间的距离，并将该距离信号传送给检测探头。

优选地，所述检测装置还包括若干个设于小车上的喷嘴，均匀排布于所述检测探头周围，用于喷射冷却气体以冷却检测探头。

优选地，所述检测探头为外表面涂有耐高温涂层材料的探头。

优选地，所述波形处理系统包括：

一波形发生器，与所述计算机系统和检测探头连接，根据计算机系统的指令产生交变电流，并将交变电流传输给检测探头；

一前置放大器，与所述检测探头连接，将拾取自检测探头的检测信号进行放大；

一滤波器，与所述前置放大器连接，将经过前置放大器处理的检测信号处理为平滑的检测信号；

一相位旋转器，与滤波器连接，用于改变经滤波器处理过的检测信号的相位；

一增益放大器，一端与相位旋转器连接，另一端与计算机系统连接，将经相位旋转器处理过的检测信号增益放大后传输给计算机系统。

优选地，所述检测装置沿焊缝平行移动的速度为3～10m/min。

优选地，所述检测探头为绝对式涡流探头。

优选地，所述位移传感器为光电式位移传感器。

本实用新型由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，能够快速直接的甄别焊缝内部的焊接缺陷，极大地降低了断带事故的发生，提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本实用新型作进一步说明。

图1a为本实用新型带钢焊缝缺陷在线检测装置中检测装置的正视图。

图1b为本实用新型带钢焊缝缺陷在线检测装置中检测装置的俯视图。

图2为为本实用新型带钢焊缝缺陷在线检测装置结构框图。

具体实施方式

本实施例中被测试件为厚度为2.6mm的低碳钢钢板，焊缝长度为40cm，焊缝采用激光焊焊接而成。

在线检测带钢焊缝缺陷的装置如图1a、图1b和图2所示，包括检测装置、与检测装置连接的波形处理系统和与波形处理系统连接的计算机系统，其中检测装置包括：

带钢夹头1，用于夹紧带钢2，防止试件产生焊接变形；

丝杠3，由一电机驱动，作为检测装置的驱动元件；

小车4，与丝杠3连接，小车两侧设有滚轮41，滚轮41与带钢夹头1的上表面接触，通过丝杠3的驱动以5m/min的速度在带钢夹头1的上表面沿带钢2的焊缝匀速平行移动；

绝对式涡流探头42，设于小车4上，随着小车4的移动对带钢2的焊缝涡流信号变化进行检测，该检测探头外表面涂有耐高温涂层；

光电式位移传感器43，设于小车4上，与绝对式涡流探头42连接，用于检测绝对式涡流探头42和焊缝之间的距离，并将该距离信号传送给绝对式涡流探头42；

四个设于小车上的喷嘴44，均匀排布于绝对式涡流探头42的周围，当绝对式涡流探头工作时通入氩气，对带钢2的焊缝起到冷却作用，对绝对式涡流探头42起到保护作用。

波形处理系统包括：

波形发生器，与计算机系统和绝对式涡流探头连接，根据计算机系统的指令产生交变电流，并将交变电流传输给绝对式涡流探头42；

前置放大器，与绝对式涡流探头42连接，将拾取自绝对式涡流探头42的检测信号放大；

滤波器，与前置放大器连接，将采集进来的不规则、不平滑的波形处理为平滑规则的波形，即最后的处理结果为平滑规则的检测信号；

相位旋转器，与滤波器连接，用于改变经滤波器处理过的检测信号的相位；

增益放大器，一端与相位旋转器连接，另一端与计算机系统连接，将经相位旋转器处理过的检测信号增益放大后传输给计算机系统，方便计算机系统进行观察和分析。

上述装置启动后，带钢夹头1加紧带钢2，与小车4连接的丝杠3放下，小车4与带钢夹头1的上表面接触，光电式位移传感器43测量绝对式涡流探头42与焊缝之间的距离，当该距离值为1mm时，满足绝对式涡流探头的工作条件，接着丝杠3快速旋转带动绝对式涡流探头42以5m/min的速度匀速扫描焊缝。当扫描到焊缝的另外一侧边缘时，丝杠3提起，反向转动，检测装置回到初始位置。

在检测装置启动的同时，计算机系统发出指令，使得波形发生器将交变电流传输给绝对式涡流探头42，该探头内的线圈靠近导电的焊缝时，线圈内的交变电流产生交变磁场，从而在焊缝中感生出涡流，该涡流信号因焊缝结构性能的变化而变化，检测信号被绝对式涡流探头42拾取后，经过前置放大器、滤波器、相位旋转器和增益放大器的处理，传输给计算机系统进行观察和分析，当检测信号中出现缺陷信号且达到报警阈值时，系统报警，进入报警模式并记录缺陷位置。上述检测过程耗时约为10～20s。

为了对比本实施例的实施效果，同时对该被测试件焊缝进行X射线检测，发现当上述在线检测带钢焊缝缺陷的装置中计算机系统显示器显示出较大的波高时，焊缝的质量较差，在焊缝溶合线附近存在有类似于咬边的缺陷，在焊缝的内部存在有类似于气孔的缺陷。为进一步判明大波高发生处的缺陷性质，对焊缝进行金相检验，发现较大波高对应的焊缝处，咬边深度约为0.25mm。为找出焊缝中的气孔，将制作的试样进行打磨，发现了直径约为0.1mm的气孔。

由此可见，本实用新型在线检测带钢焊缝缺陷的装置对于对断带有巨大影响的咬边类缺陷具有非常高的灵敏性，且在线检测时间短，检测结果便于分析和观察，有利于大幅提高生产效率。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于包括检测装置、与检测装置连接的波形处理系统和与波形处理系统连接的计算机系统，所述检测装置包括：

一带钢夹头，用于夹紧被测带钢；

一驱动元件；

一小车，与所述驱动元件连接，小车两侧设有滚轮，滚轮与带钢夹头上表面接触，所述小车由驱动元件带动，在带钢夹头上表面沿焊缝平行移动；

一检测探头，设于所述小车上，随着小车的移动对被测焊缝涡流信号的变化进行检测。

2.如权利要求1所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括一位移传感器，设于所述小车上，与检测探头连接，用于检测所述检测探头和被测焊缝之间的距离，并将该距离信号传送给检测探头。

3.如权利要求2所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于所述检测装置还包括若干个设于小车上的喷嘴，均匀排布于所述检测探头周围。

4.如权利要求3所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于所述检测探头为外表面涂有耐高温涂层材料的探头。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于所述波形处理系统包括：

一波形发生器，与所述计算机系统和检测探头连接，根据计算机系统的指令产生交变电流，并将交变电流传输给检测探头；

一前置放大器，与所述检测探头连接，将拾取自检测探头的检测信号进行放大；

一滤波器，与所述前置放大器连接，将经过前置放大器处理的检测信号处理为平滑的检测信号；

一相位旋转器，与滤波器连接，用于改变经滤波器处理过的检测信号的相位；

一增益放大器，一端与相位旋转器连接，另一端与计算机系统连接，将经相位旋转器处理过的检测信号增益放大后传输给计算机系统。

6.如权利要求5所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于所述检测装置沿焊缝平行移动的速度为3～10m/min。

7.如权利要求6所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于所述检测探头为绝对式涡流探头。

8.如权利要求7所述的带钢焊缝缺陷在线检测装置，其特征在于所述位移传感器为光电式位移传感器。

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