[发明专利]一种应用特征谱线焊接熔池流动监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱检测领域，尤其是涉及一种应用特征谱线焊接熔池流动监测方法。

背景技术

电弧焊时，在电弧的作用下，母材局部和填充金属均被加热融化形成熔池，冷却凝固后形成焊缝。所以为了进一步提高焊接效率和焊接质量，不仅要对焊接工艺参数进行探究，还要注重焊接过程。观测熔池的流动对我们了解焊缝质量、气孔缺陷及力学性能必不可少。

在工件成型过程中，熔池不仅受到热的作用，还受到力的作用。在电弧力和其他力的作用下熔池表面产生凹陷，液体金属被排向熔池尾部。由于熔池受到各种力的作用，因此熔池的流动过程较为复杂。受到高热量热源的影响，熔池发光强度很高，又由于杂光污染严重，使得观测熔池的难度加大。

当今，有研究者利用结构光或者激光作为辅助光源，消除电弧光的影响，但是设备较为昂贵，熔池图像清晰度不够；也有学者将CCD相机与滤光片结合，将灰度转换为熔池轮廓线，但是不能显示熔池的流动过程。

目前熔池监测领域依然存在很大不足，现有熔池观测技术不能清晰呈现熔池的流动过程，而且受到杂光的严重干扰。本方法可实时在正面监测熔池全貌，还可实时存储焊缝、熔池流动过程图像，为后续焊接质量改进及相关科学研究提供依据。

发明内容

本发明所要解决的问题是上述背景技术的不足，提供一种基于特征谱线的焊接熔池流动监测方法，可以呈现熔池的正面流动图像。本发明在减少杂光干扰的基础上，通过观测不同坐标的示踪元素发出的光强变化来绘制熔池的流动图像，比传统的熔池监测方法更加清晰、有效。

为解决以上问题，本发明采用如下的技术方案:

一种基于特征谱线的焊接熔池流动监测方法,包括以下步骤：

步骤S1、将示踪元素呈带状充分附着在工件表面上形成示踪元素层；

步骤S2、工件和焊枪之间产生的电弧使工件和示踪元素层受热形成熔池，在焊接力的影响下，示踪元素和金属元素混合在一起向焊枪移动的反方向流动；

步骤S3、受到热源影响后，各元素被激发，发出不同的特征谱线，选取一个波段，使在这个波段内，示踪元素被激发时发出光强度最大，其他元素发出的光强度较小；

步骤S4、选取窄带滤光片，使步骤S3中所述波段的光通过，其他波段的光截止；

步骤S5、熔池发出的光经凸透镜聚焦放大后进入窄带滤光片，其他波段的光被窄带滤光片截止，只有特定波段的光可以通过滤光片进入到CCD相机中，在特定波段中，只有示踪元素发出的光强度最强，其他光强度较小；

步骤S6、根据CCD相机采集的光强，通过各个坐标上光强的变化，来模拟出熔池流动的迹线；

步骤S7、通过熔池流动的迹线，模拟出完整的熔池流动过程。

作为优选，凸透镜、减光片、窄带滤光片、CCD相机为一体，并且在同一轴线上。

作为优选，采用惰性气体保护熔池和示踪元素层，减少示踪元素被氧化的几率，减少氧化物发出的杂光带来的干扰。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有的熔池观测技术相比，可以有以下效果：

(1)本发明将熔池图像先用凸透镜放大后，增加了熔池图像的分辨率，减少了其余杂光的进入。

(2)只有示踪元素被激发时发出的特定波段的光可以通过窄带滤光片进入到CCD相机中。窄带滤光片的应用可以进一步减少杂光污染，当其它波段的光通过滤光片时被过滤掉。

(3)与传统的方式相比，通过观测示踪元素发出的光强度变化来监测熔池流动，可以充分地还原熔池的流动过程。

附图说明

图1是本发明焊接熔池流动监测方法采用系统的结构示意图；

示踪元素层-1凸透镜-2 窄带滤光片-3

CCD相机-4 滑轨-5

图2是本发明示踪元素层的俯视示意图。

具体实施方式

为了使本发明更加具体、明白地被理解，下面结合附图对本发明所述的一种基于特征谱线的焊接熔池流动监测方法作进一步描述。

本发明焊接熔池流动监测方法采用监测系统，如图1所示，所述监测系统包括：凸透镜2、窄带滤光片3、CCD相机4、滑轨5，凸透镜2、窄带滤光片3、CCD相机4通过滑轨5固定在同一设备内，三者在同一轴线上，凸透镜2通过镜架安装在滑轨上，使得凸透镜2可以在滑轨5上移动；滤光片3固定在CCD相机4上：CCD相机4固定在滑轨5上。

一种基于特征谱线的焊接熔池流动监测方法，包括：