[发明专利]水下焊接熔滴过渡实时监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接过程监测领域，具体地说是涉及一种水下焊接熔滴过渡实时监测装置及方法。

背景技术

近年来，海洋已经成为世界各国争夺的主要领域，大型油气田和煤层气开发、水下工作站建造、海底观测网布放与维护技术、海洋平台维修、拆装和安全保障等都涵盖了水下焊接技术。水下焊接技术由于其作业环境的特殊性，冶金过程、传质传热过程与传统焊接方法发生了很大的改变，其熔滴过渡过程、电弧形态、焊接过程与水下环境的交互作用机理等方面尚未明确，所以对其焊接冶金机理、焊接过程控制方面的研究水平严重制约了水下焊接技术的发展。尤其作为焊接传质传热过程中非常重要的熔滴过渡过程，目前还没有一种非常行之有效的装置与方法来对其实现实时监测。

对于传统电弧焊熔滴过渡过程监测方法是：采用光学相机与镜头配备滤光片与减光片，搭载高速摄像采集系统对焊接电弧区域的熔滴过渡进行直接监测观察，必要时需采用外部光源对电弧弧光进行背光，以消除电弧弧光的干扰。上述方法在传统电弧焊熔滴过渡监测过程中已为成熟技术并应用十分广泛，但是该方法在水下焊接熔滴过渡监测过程中无法实现，主要问题在于：由于在水下焊接过程中会产生大量的气泡以及焊接区域周围水的扰动，会对该方法成像系统的光路造成很大的折射与反射作用，无法清晰成像；同时由于熔滴附件存在大量的气泡，该方法无法将熔滴与气泡有效地分离。所以，目前对于水下焊接熔滴过渡的实时监测观察是水下焊接技术研究过程中的一大难题。目前国内外尚无水下焊接熔滴过渡实时监测技术的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足， 提供一种组成合理，操作方便，受焊接环境影响小，适用性广，成像质量高，影像采集频率高，可实现远程控制的水下焊接熔滴过渡实时监测装置及方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种水下焊接熔滴过渡实时监测装置，其包括有X射线源、X射线影像接收器、焊接电信号采集单元、焊接机构、远程控制机构，其特征在于：所述X射线源安装在焊接机构中焊接工件一侧，X射线影像接收器安装在焊接工件的另一侧；所述X射线源发出X射线透过所述焊接工件上方的电弧区域，形成熔滴过渡X射线影像并投射到所述X射线影像接收器上，所述X射线影像接收器将熔滴过渡X射线影像转化为可见光影像并发送给所述远程控制机构中的计算机，实现熔滴过渡影像采集；所述焊接电信号采集单元对焊接过程的焊接电压以及焊接电流进行同步采集；采集的影像信号以及焊接电信号实时传输到远程控制机构中的计算机中，通过计算机对焊接熔滴过渡过程进行实时监测。

本发明装置中所述X射线影像接收器为影像增强器，并在所述影像增强器输出端后部安装一高速摄像机，所述影像增强器将X射线影像转化为可见光影像并在其输出端显示，通过高速摄像机对所述可见光影像进行采集，并发送给所述远程控制机构中的计算机。

本发明装置中所述X射线影像接收器为平板探测器，所述平板探测器将X射线影像转化为可见光影像并发送给所述远程控制机构中的计算机。

本发明装置中所述远程控制机构设有X射线远程控制器、焊接机构远程控制器、影像采集远程控制器以及计算机，通过所述远程控制机构可实现所述X射线源、所述X射线影像接收器、所述焊接电信号采集单元以及焊接机构进行焊接作业的开启与关闭，并实现X射线影像采集与焊接电信号采集同步。监测实时画面可通过远程控制机构中的计算机进行观察，焊接作业结束后通过远程控制机构关闭X射线源、焊接机构、焊接电信号采集单元、X射线影像接收器，采集的影像可通过远程控制机构中的计算机进行回放、存储。

本发明装置中所述高速摄像机采用电动三可变镜头，所述远程控制机构还设有高速摄像机远程控制器，通过所述高速摄像机远程控制器实现高速摄像机远程变焦、调焦以及调整光圈尺寸。

本发明装置中还设有一铅室，所述X射线源、X射线影像接收器、焊接电信号采集单元、焊接机构均安装在铅室中。焊接熔滴过渡影像信号以及焊接电信号的采集均在铅室防护下进行，确保工作人员的人身安全。

本发明使用上述水下焊接熔滴过渡实时监测装置实现水下焊接熔滴过渡实时监测的方法，包括以下步骤： 

（1）通过远程控制机构调整和确定X射线源、X射线影像接收器形成的X射线成像系统的焦距、放大倍数、射线强度，使其满足X射线影像清晰成像要求；

（2）通过远程控制机构调整与确定高速摄像机的光圈、焦距、对焦距离、采集频率、分辨率，使其满足对影像增强器输出端可见光影像的清晰采集；