一种电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置及方法制造方法及图纸

一种电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，包括传感采集模块，信号处理模块和显示分析模块，传感采集模块采集到的微电流信号由屏蔽电缆和真空室壁上的航空插头传输到外部的信号处理模块，信号处理模块将得到的微电流信号进行传感和放大形成电压信号；信号处理模块中出来的电压信号进入显示分析模块通过数据采集卡和虚拟仪器软件Labview在电脑上进行实时显示并储存；本发明专利技术设计的一整套检测焊接过程中焊缝处正上方空间电荷的系统实现了对整个电子束动态焊接过程的实时监控；本发明专利技术通过焊接工艺实验将焊接过程中不同的焊接缺陷和波形图建立起联系，给出了波形变化对焊缝质量的判据规律表，从而能够对焊缝质量作出准确并详尽的判断。

A real-time monitoring device and method for welding quality of electron beam dynamic welding

A real-time monitoring device for the quality of the electronic beam dynamic welding seam, including the sensing acquisition module, the signal processing module and the display analysis module. The micro current signal collected by the sensing acquisition module is transmitted to the external signal processing block from the shielding cable and the air plug on the vacuum chamber wall, and the signal processing module will get the micro electricity. The flow signal is sensing and amplifying the voltage signal; the voltage signal in the signal processing module enters the display analysis module to display and store in real time on the computer through the data acquisition card and the virtual instrument software Labview; a complete set of system for detecting the space charge above the weld in the welding process is designed by the invention. The real-time monitoring of the dynamic welding process of the whole electron beam is presented. The invention connects the welding defects and the waveform diagrams in the welding process through the welding process experiment, and gives the rule table of the criterion of the quality of the welding seam, which can make the accurate and detailed judgment of the weld quality.

【技术实现步骤摘要】
一种电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置及方法
本专利技术涉及金属材料加工领域，特别为设计一整套空间电荷采集传感显示并储存的系统，具体是通过法拉第筒采集装置实时采集电子束动态焊接时散落在空间的电荷并显示储存的电子束焊接过程实时监控装置，所用的监控方法基于监控系统得到的电信号波形与焊接过程及焊缝质量之间的联系，总结了由电信号波形对焊接过程及焊缝质量的判据规律。通过监控系统和监控方法的结合使用实现了电子束动态焊接过程的实时监控。
技术介绍
电子束焊接是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25～300kV)加速电场作用下被拉出,并加速到很高的速度(0.3～0.7倍光速)，经一级或二级磁透镜聚焦后,形成密集的高速电子流,当其撞击在工件接缝处时,其动能转换为热能,使材料迅速熔化从而达到焊接的目的。电子束流在焊接材料时，高速的电子在与材料表面接触产生热作用的同时，会有少部分的电子及射线散在空间中。电子束焊作为一种难焊接材料的焊接方法，在焊接质量控制很好的情况下，可以保证稳定的焊缝质量，从而保证稳定的焊接强度，但如果控制不良，则焊接强度难以持续保证。为了更好的控制电子束焊的焊缝质量，需要对电子束焊接过程进行实时监控。目前，很多研究都集中在聚焦电流，偏转电流和集束极电压上，但这些因素都不能准确体现焊接过程以及焊缝质量。专利(ZL201110181575.4)专利技术了一种电子束电流品质检测装置，在检测到截面功率密度分布的基础上，运用MarchingCubes算法和三角面片模式对电子束空间功率密度分布进行三维重构，但这种检测电子束流品质的研究是一种间接的监控方法，因此无法对电子束的焊接过程进行实时监控。“真空电子束焊机运行质量监控技术研究”(计量与测试技术2015.10.30)提出了利用直流分压器和六位半数字多用表检测加速电压，利用六位半数字多用表与电子束焊机的控制柜的控制模块CRE31/37(I-MON端和0端)相接检测电子束流，但这些因素并不能直接且准确体现焊接过程以及焊缝质量。“Electronbeamweldparametersandthermalefficiencyimprovement”(Vacuum)通过分析热效率，建立了电子束焊接工艺参数(功率P、焊接速度v和聚焦参数dz)与焊缝形状参数(焊缝宽度B、熔深H和热效率ηt)之间的关系模型，并通过热效率的优化得到了优化方法，研究还提出了得到最大热效率或最大熔深的焦点位置。确定了P/H和vB作为电子束焊接自组织过程的两个主要工艺参数。通过这些分析，可为提供优化焊接工艺参数,提高焊接质量但并不能实时的反正整个焊接过程。“电子束焊机穿透束流的监控方法及应用研究”(装备制造技术2015年12期)设计了电子束穿透束流的检测装置对检测穿透束流进行了初步研究，但由于其采集装置与工作台相固定，采用电流表测量等使得穿透束流的测量受焊板长度的影响且精度不高，他根据经验介绍了一些根据穿透束流大小调整工艺参数的方法但都比较笼统，缺乏系统的理论支持，也无法做到焊接过程动态的实时监控。“ExperimentalInvestigationOfWeldPoolFormationInElectronBeamWelding”(Vacuum)采用了二次电子采集器、光电二极管及CCD摄像技术研究了电子束在金属靶上能量转换机理及焊接过程中熔池及匙孔的形成。表明电子束焊接是非稳态的动态过程，熔池和等离子小孔在焊缝的形成中起主导作用，但对于具体的焊接过程并没有描述，也没有实现焊接过程的实时监控。
技术实现思路
本专利技术针对目前电子束焊接过程的直接监控较为困难以及焊缝质量控制等问题，设计了一整套电子束动态焊接过程的监控系统，主要包括传感采集模块、信号处理模块和显示分析模块3个部分，整个监控系统基于对电子束动态焊接过程中焊缝处正上方空间8个位置的电荷进行采集并传感放大显示，通过将得到的波形与焊接过程建立联系并总结规律得出监控方法实现电子束焊接过程的实时监控。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，包括传感采集模块，信号处理模块和显示分析模块，传感采集模块采集到的微电流信号由屏蔽电缆和真空室壁上的航空插头传输到外部的信号处理模块，信号处理模块将得到的微电流信号进行传感和放大形成电压信号；信号处理模块中出来的电压信号进入显示分析模块通过数据采集卡和虚拟仪器软件Labview在电脑上进行实时显示并储存；其中，通过对显示分析模块中得到的电压信号进行观察可以对传感采集模快的位置以及信号处理模块中的放大电路放大倍数作出调整对整个监控装置进行校对，使得电压波形能够更好的呈现出来；传感采集模块通过支撑托架安置于真空室壁上并收集焊接过程中焊缝处正上方的空间电荷，信号处理模块和显示分析模块在真空室外部对接受到的微电流信号进行处理，显示和储存。传感采集模块由采集装置和支撑托架装置组成，采集装置通过支撑托架架在真空室壁上，采集装置收集焊缝处正上方的空间电荷并形成微电流信号。采集装置采用法拉第筒式结构，包括屏蔽外壳，绝缘层和收集电极三个部分。外部的不锈钢屏蔽外壳为圆锥体，上端开口，不锈钢外壳内部有一层绝缘层，其中，绝缘层里均匀内嵌有8块收集电极并互相绝缘，8块收集电极分为2层。靠近焊板的为第一层为编号1，2，3，4的收集电极，而离焊板远一点的为第二层为编号5，6，7，8。根据焊接方向，先焊接到的一侧为焊缝处前方，对应着1，5收集电极，后焊接到的一侧为焊缝处后方，对应着3，7收集电极。焊接方向的两侧为两块焊板，选择沿着焊接方向左侧为焊缝处下方焊板位置对应2，6收集电极；沿着焊接方向右侧为焊缝处上方焊板位置对应4，8收集电极。进一步的，信号调理模块为一个信号控制柜，里面装有与采集装置中8块铜收集电极相对应的传感电阻和微信号放大电路。传感电阻将收集到的电流信号转换为电压信号，之后放大电路将毫伏级的电压信号进行放大。之后的电压信号接入显示分析模块中的数据采集卡并通过虚拟仪器软件Labview编程实现实时显示和储存。进一步的，显示分析计算显示模块包括采集界面和查询界面，其中，采集界面中通过数据采集卡接受信号处理模块中传出的电压信号并实时显示和储存，查询界面可以对储存的波形进行调用。基于上述监控系统的监控方法，包括具体步骤如下：1、清洗焊板并将焊板进行装配，使得焊缝处正好对应于传感采集模快中采集装置的正下方；2、将真空室内的传感采集模快与外部的信号处理模块通过航空插头及屏蔽线缆接通，并将显示分析模块与信号处理模块中的电路全部接通；3、抽真空设置加速电压V，在焊板其他位置小束流下束调节聚焦电流调节焦点，同时对整个监控装置进行校对使1,2,3,4位置的波形在同一起始值，5,6,7,8位置的波形在同一起始值；4、设置焊接参数焊接束流A，焊接速度v，焊接开始观察显示分析模块上采集界面上的波形的实时变化并将得到的波形数据全部储存；5、焊接结束，通过显示分析模块中的查询界面调出刚刚的焊接波形数据，将波形变化与焊接过程及焊缝质量进行联系比对，根据焊缝质量评价标准对整个焊接过程和焊缝质量给出判断。进一步的，所述的焊缝质量评价标准如下：1)梯形状波形整体的平稳程度反映焊缝的稳定性；2)未焊透的前提下，波形的高度反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，其特征在于，包括传感采集模块，信号处理模块和显示分析模块，传感采集模块采集到的微电流信号由屏蔽电缆和真空室壁上的航空插头传输到外部的信号处理模块，信号处理模块将得到的微电流信号进行传感和放大形成电压信号；信号处理模块中出来的电压信号进入显示分析模块通过数据采集卡和虚拟仪器软件Labview在电脑上进行实时显示并储存；其中，通过对显示分析模块中得到的电压信号进行观察可以对传感采集模快的位置以及信号处理模块中的放大电路放大倍数作出调整对整个监控装置进行校对，使得电压波形能够更好的呈现出来；传感采集模块通过支撑托架安置于真空室壁上并收集焊接过程中焊缝处正上方的空间电荷，信号处理模块和显示分析模块在真空室外部对接受到的微电流信号进行处理，显示和储存。

【技术特征摘要】
1.一种电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，其特征在于，包括传感采集模块，信号处理模块和显示分析模块，传感采集模块采集到的微电流信号由屏蔽电缆和真空室壁上的航空插头传输到外部的信号处理模块，信号处理模块将得到的微电流信号进行传感和放大形成电压信号；信号处理模块中出来的电压信号进入显示分析模块通过数据采集卡和虚拟仪器软件Labview在电脑上进行实时显示并储存；其中，通过对显示分析模块中得到的电压信号进行观察可以对传感采集模快的位置以及信号处理模块中的放大电路放大倍数作出调整对整个监控装置进行校对，使得电压波形能够更好的呈现出来；传感采集模块通过支撑托架安置于真空室壁上并收集焊接过程中焊缝处正上方的空间电荷，信号处理模块和显示分析模块在真空室外部对接受到的微电流信号进行处理，显示和储存。2.根据权利要求1所述的电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，其特征在于，传感采集模块由采集装置和支撑托架装置组成，采集装置通过支撑托架架在真空室壁上，采集装置收集焊缝处正上方的空间电荷并形成微电流信号；采集装置采用法拉第筒式结构，包括屏蔽外壳，绝缘层和收集电极三个部分；外部的不锈钢屏蔽外壳为圆锥体，上端开口，不锈钢外壳内部有一层绝缘层。3.根据权利要求2所述的电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，其特征在于，绝缘层里均匀内嵌有8块收集电极并互相绝缘，8块收集电极分为2层；靠近焊板的为第一层为编号1，2，3，4的收集电极，而离焊板远一点的为第二层为编号5，6，7，8；根据焊接方向，先焊接到的一侧为焊缝处前方，对应着1，5收集电极，后焊接到的一侧为焊缝处后方，对应着3，7收集电极；焊接方向的两侧为两块焊板，选择沿着焊接方向左侧为焊缝处下方焊板位置对应2，6收集电极；沿着焊接方向右侧为焊缝处上方焊板位置对应4，8收集电极。4.根据权利要求1所述的电子束动态焊接焊缝质量实时监控装置，其特征在于，信号调...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，陈鑫，彭勇，李洪强，王克鸿，孔见，黄俊，郭顺，占彬，何杰，孙福建，刘思余，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32