專利名稱：等離子弧焊接熔深的檢測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于等離子弧焊接的，更具體地說，本發(fā)明是關(guān)于等離子弧焊接熔深的檢測方法及其裝置，屬于等離子弧焊接的檢測技術(shù)。
背景技術(shù)：
利用小孔效應(yīng)實現(xiàn)等離子弧焊接的方法稱為小孔等離子弧焊，也稱穿透型焊接法。它的優(yōu)點在于焊接質(zhì)量好，溫度高，能量密度大，電弧的挺直性好，在中厚板對接焊縫焊接時，不用開坡口就可實現(xiàn)單道焊接雙面成型。由于等離子弧焊接質(zhì)量與焊接的熔深、熔透情況密切相關(guān)，因此，在等離子弧焊接質(zhì)量控制中，焊接熔透、熔深的檢測是非常重要的。為此，有人提出了從正面檢測等離子弧焊接熔透情況的金屬探針檢測方法和裝置，該檢測裝置包括金屬檢測器、電阻和直流電源等。在檢測等離子弧焊接熔透情況時，將探針置于焊炬運動方向相反一方的適當(dāng)位置，當(dāng)焊炬向前運動，工件未熔透時，等離子弧與工件作用，將產(chǎn)生等離子弧的反射(或稱等離子弧的反翹)，反射的等離子弧與探針接觸，與電源和電阻形成回路，則有電流流過電阻；如果工件熔透則無反射的等離子弧，檢測回路中無電流流過；通過檢測回路中電流的有無來判斷等離子弧焊接的熔透情況。該檢測方法簡便、實用，可以檢測等離子弧“小孔”模式焊接的熔透情況，但是不能用于準(zhǔn)確檢測非熔透型等離子弧焊接的熔深，而且其檢測裝置需要直流電源，造價相應(yīng)較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種等離子弧焊接熔深的檢測方法及其裝置，該方法可以通過檢測等離子弧焊接中等離子弧反翹(或稱反射的等離子弧)的角度來檢測等離子弧焊接的熔深；其檢測裝置為無電源探針檢測裝置，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便可靠。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)實現(xiàn)的一種等離子弧焊接熔深的檢測方法，該方法包括采用有源探針檢測器和無源探針檢測器；檢測時將焊炬與傳感器的探針同時固定在焊機的行走機構(gòu)上，保持同步移動，對等離子弧焊接過程中的等離子弧反翹角度進(jìn)行檢測，其特征在于根據(jù)檢測等離子弧反翹的角度來確定等離子弧焊接的熔深；焊接條件一定，等離子弧反翹的角度與等離子弧焊接的熔深大小有確定的關(guān)系，一般地，反翹的角度越大，熔深越大。
上述的檢測方法，采用的探針可以是1根，也可以是3～7根的多探針；采用1根探針往往需要旋轉(zhuǎn)掃描裝置，探針在掃描裝置的帶動下，不斷變換檢測角度，當(dāng)檢測裝置檢測到最大電壓值時，相應(yīng)探針與焊炬中心線的夾角即為等離子弧反翹的角度；而采用多根探針則不需要掃描裝置，當(dāng)多根探針中的一根探針檢測電壓為最大值時，該探針與焊炬中心線的夾角即為等離子弧反翹的角度。
本發(fā)明檢測等離子弧焊接熔深的裝置是無源探針檢測裝置，該裝置由金屬探針、并聯(lián)連接的電阻和電容構(gòu)成，并聯(lián)電阻和電容的一端接金屬探針，另一端接焊接工件并接“地”。
無源探針傳感器檢測的原理是在等離子弧焊接中，如果產(chǎn)生等離子弧的反翹，浸入到電弧反翹內(nèi)的探針與工件之間存在著電位差，通過并聯(lián)電阻和電容可以檢測其電位差，而探針位于電弧反翹內(nèi)的位置不同，其檢測到的電壓不同，當(dāng)探針位于電弧反翹中心軸線位置時，其檢測電壓最大，此時也就是檢測到了電弧反翹的角度。
上述的檢測裝置中的電阻的阻值為1MΩ～9MΩ、電容值為0.001μF～0.1μF、探針采用高溫合金材料，探針直徑為1mm～3mm，長度為250mm～400mm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下特點和有益效果1.能方便地從工件正面實時檢測到等離子弧焊接的熔深情況；2.檢測方便，可靠實用，可以用于等離子弧焊接熔深的閉環(huán)控制；3.檢測裝置無需外接電源；4.檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、成本低。


圖1本發(fā)明實時檢測等離子弧焊接熔深的原理示意圖；圖2是采用單探針實施本發(fā)明等離子弧焊接熔深檢測的示意圖；圖3和圖4是采用3探針實施本發(fā)明等離子弧焊接熔深檢測的示意圖。
圖中，1為金屬探針，2為電阻，3為電容，4為工件，5為焊炬，6為等離子弧，7為等離子弧的反翹。
具體實施例方式采用上述結(jié)構(gòu)的無源探針傳感器，實施對4mm以上板厚等離子弧焊接熔深的檢測。檢測時，探針位于工件4運動方向的同一側(cè)，探針前端點到焊炬5中心垂直線與工件表面交點之間的距離為7～14mm之間，探針與焊炬5中心垂直線的夾角在0～75度之間。當(dāng)工件4向前移動時，如果工件沒有熔透，探針將浸入等離子弧反翹中，電阻和電容兩端將檢測到探針與工件之間的電壓，該電壓的最大值可以達(dá)到1.5V以上。
如圖1所示，本發(fā)明中采用的金屬探針材料為鈰鎢棒，其直徑是1mm～3mm，長度為200mm～300mmmm，電阻為1MΩ～9MΩ，電容為0.001μF～0.1μF。
本發(fā)明檢測等離子弧焊接熔深方法及其裝置的實施例闡述如下第一種實施例利用單探針的無源探針檢測裝置進(jìn)行等離子弧焊接熔深檢測時(如圖2所示)，將探針1前端點到焊炬5中心垂直線與工件4表面交點之間的距離調(diào)節(jié)到7～14mm之間；在焊接過程中采用一旋轉(zhuǎn)掃描裝置不斷轉(zhuǎn)動探針，變換探針與焊矩中心垂線的夾角，檢測并聯(lián)電阻和電容兩端的電壓，當(dāng)電壓值V0出現(xiàn)最大值時，此時探針與焊炬中心垂線的夾角即為等離子弧反翹的角度，此反翹的角度對應(yīng)著該焊接條件下的熔池熔深；當(dāng)檢測到的等離子弧反翹的角度增大，表明焊接熔深變深，當(dāng)檢測到的等離子弧反翹的角度減小，表明焊接熔深變淺，可以通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，保證焊接過程中等離子弧反翹角度不變，從而保證等離子弧焊接熔深不變；第二種實施例采用3根探針的無源探針檢測裝置進(jìn)行等離子弧焊接熔深檢測時(如圖3所示)，則要保持三個探針處于同一個平面(該平面與工件所在平面垂直)內(nèi)相對位置不變，每個探針的前端點到焊炬中心垂直線與工件表面交點之間的最小距離為7mm，最大距離為14mm；在焊接過程開始階段不斷轉(zhuǎn)動探針組，變換探針與焊矩的中心垂線夾角，檢測并聯(lián)電阻和電容兩端的電壓，當(dāng)中間探針檢測電壓值V0為最大值時，此時中間探針與焊炬5中心垂線夾角即為等離子弧反翹的角度，此反翹角度對應(yīng)著該焊接條件下的熔池熔深，此時固定探針組位置，進(jìn)行焊接過程中焊接熔深的實時檢測，在正常焊接中，中間探針及其檢測電阻、電容兩端的檢測電壓V0一直為最大值，而其它兩個探針及其電阻和電容兩端檢測電壓V1、 V2較低，；當(dāng)熔深變小時(圖4所示)，則最下面的探針及其電阻和電容兩端檢測電壓V1為最大值，而其它兩個探針及其電阻和電容兩端檢測電壓V0、V2較低；當(dāng)熔深變大時，其原理相同，只是最上面的探針及其電阻和電容兩端檢測電壓V2為最大值，而其它兩個探針及其電阻和電容兩端檢測電壓V0、V1較低；根據(jù)三個探針及其檢測電阻、電容兩端檢測電壓的變化，可以實施焊接工藝參數(shù)控制，保證焊接過程中等離子弧反翹角度不變，從而保證焊接熔深不變。
權(quán)利要求
1.一種等離子弧焊接熔深的檢測方法，該方法包括采用有源探針檢測器和無源探針檢測器，檢測時將焊炬與檢測裝置中的探針同時固定在焊機的行走機構(gòu)上，保持同步移動，對等離子弧焊接過程中的等離子弧反翹角度進(jìn)行檢測，其特征在于根據(jù)檢測等離子弧反翹的角度來確定等離子弧焊接的熔深；焊接條件一定，等離子弧反翹的角度與等離子弧焊接熔深的大小有確定的關(guān)系，一般地，反翹角度越大，熔深越大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子弧焊接熔深的檢測方法，采用的探針可以是1根，也可以是3～7根的多探針；其特征是，采用1根探針往往需要旋轉(zhuǎn)掃描裝置，探針在掃描裝置的帶動下，不斷變換檢測角度，當(dāng)檢測裝置檢測到最大電壓值時，相應(yīng)探針與焊炬中心線的夾角即為等離子弧反翹的角度；而采用多根探針則不需要掃描裝置，當(dāng)多根探針中的一根探針檢測電壓為最大值時，該探針與焊炬中心線的夾角即為等離子弧反翹的角度。
3.一種實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子弧焊接熔深的檢測方法的檢測裝置，其特征是無源探針檢測裝置，該裝置由金屬探針、并聯(lián)連接的電阻和電容構(gòu)成，并聯(lián)電阻和電容的一端接金屬探針，另一端接焊接工件并接“地”。
4.按權(quán)利要求3所述的等離子弧焊接熔深的檢測裝置，其特征是電阻的阻值為1MΩ～9MΩ、電容值為0.001μF～0.1μF、探針采用高溫合金材料，探針直徑為1mm～3mm，長度為250mm～400mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種等離子弧焊接熔深的檢測方法及其裝置，檢測方法包括單探針法和多探針法；單探針法是以檢測裝置檢測到最大電壓值時，探針與焊炬中心垂線夾角確定為等離子弧反翹的角度，該反翹角度與焊接熔深相對應(yīng)；多探針法是以探針組中測得最大電壓值的探針與焊炬中心垂線夾角確定等離子弧反翹的角度，該反翹角度與焊接熔深相對應(yīng)；本發(fā)明提出的無源探針檢測裝置由探針、并聯(lián)連接的電阻和電容構(gòu)成，并聯(lián)電阻和電容的一端接金屬探針，另一端接焊接工件并接“地”。本發(fā)明的優(yōu)點在于檢測方便，能夠進(jìn)行等離子弧焊接熔深的實時檢測和控制；檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低，使用可靠。
文檔編號B23K37/00GK1486814SQ0313056
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者胡繩蓀, 單平, 易小林, 羅震 申請人:天津大學(xué)