專利名稱：激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法
技術領域：
本發明涉及激光焊接的焊縫檢測技術，尤其涉及一種激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法。
背景技術：
在冷軋連續生產工藝中，非常重要的一點就是將前行熱軋帶鋼的末端與后續帶鋼的頭部焊接起來形成焊縫，然后使其通過軋線，形成連續軋制，可大大提高生產效率。此時，如果焊縫質量不良，則焊縫在通過軋制線時會出現斷帶，導致生產中斷。激光焊接技術因激光焊接質量高、無接觸、深寬比大、變形小、焊接美觀、而且焊縫的機械性能基本與母材 一致，因此適于許多領域尤其是鋼帶板材的焊接。但是對于硅鋼產品來說，由于材料中含硅量相比普碳鋼要高的多，材料的塑性和韌性較差，對這種材料進行激光焊接，焊縫脆性大，并產生較大的焊縫應力，致使焊縫的機械性能與母材相比有一定的差距，特別是抗彎曲強度顯著下降，這就難以滿足對焊縫機械性能有較高要求的領域，如連續性冷軋機組。目前，硅鋼冷連軋過程中對于焊縫質量的判斷主要是依據焊縫外觀質量的檢查，焊縫外觀形貌的檢查只能判別焊縫的成形性能而無法預知焊縫的機械性能，因此這種方法是極其片面的，不能完全準確的預判焊縫質量，焊縫質量不良的漏檢率高，經連續軋制后焊縫斷帶較多。現有技術存在問題
I、硅鋼激光焊接后焊縫質量主要依據人工目視外觀形貌，而對焊縫的機械性能無法進行科學判斷。2、對硅鋼激光焊接后焊縫機械性能的檢測均為離線、破壞性測試，無法實現焊縫質量的在線檢測和判定。目前比較具有代表性的激光焊接焊縫檢查方法是通過機械探針或光學測距儀或聲學測距儀來掃描焊縫高度，根據焊縫增高區來探測焊縫缺陷。這種方法是借助焊縫高度連續掃描的方式，屬于焊縫外觀質量的檢查方法，焊縫外觀形貌的檢查只能判別焊縫的成形性能而無法判知焊縫的機械性能，因此依靠這種方法判斷焊縫質量是片面的，也不能完全準確的判斷焊縫質量，焊縫質量不良的漏檢率高。
發明內容
本發明的目的在于提供一種激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，通過焊縫區域硬度、超聲波、渦流的連續檢測掃描，能夠判知焊縫外觀形貌及機械性能，從而準確判斷出
焊縫質量。為達到上述目的，本發明的技術方案是
本發明根據無取向硅鋼的激光焊接特性，利用硬度檢測的方法對在線焊縫的母材、熱影響區、熔合區及焊縫區的硬度進行連續測試掃描，同時信號輸出并比對作為焊縫機械性能判定的依據，從而準確預判焊縫質量，降低焊縫在連續軋制過程中的斷帶率。具體地，本發明的激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，包括如下步驟
I)在激光加工頭后方，安裝硬度檢測探頭、超聲波檢測探頭和渦流檢測探頭，所述三種檢測探頭安裝位置與激光加工頭距離在IOOmm以上，焊接時與激光加工頭隨動；
2)硬度檢測探頭沿垂直于焊接方向即垂直于帶鋼寬度方向安裝四組，分別對焊縫的母材、熱影響區、熔合區及焊縫區進行打點測量，測量間距為IOlOmm ;所測硬度數據用于表征焊縫區域的機械性能，將數據返回給計算機并進行儲存；
3)超聲波檢測探頭沿焊接方向，對焊縫外觀形貌進行連續性檢測，檢測內容包括焊縫的堆高、咬邊，將所測數據返回給計算機并儲存；
4)渦流檢測探頭沿焊接方向，對焊縫內部形貌進行連續性檢測，將所測數據返回給計算機并儲存；
5)通過所述步驟2)、3)、4)，得到當前焊縫的相關性能表述，即包括焊縫母材、熱影響區、熔合區、焊縫區的硬度曲線；焊縫的堆高和咬邊曲線；以及焊縫內部形貌曲線；將上述七種波形曲線保存在計算機中待用；
6)對該焊縫進行剪切,分別做成兩種規格試樣；
7)對其中一根試樣進行杯突試驗,試驗采用杯突試驗機,將夾緊的試樣壓入壓模內，直至出現穿透裂縫為止，記錄此時所測量的杯突深度B ；
8)對另一根試樣進行反彎試驗，試驗采用反彎試驗機，將夾緊的反復彎曲，直至試樣斷裂為止，記錄此時的反彎次數F ；
9)依照上述2)飛)的步驟，焊接100根以上焊縫，并依照上述步驟7)、8)，對這些焊縫做杯突和反彎試驗；
10)根據杯突和反彎試驗結果，對這些焊縫進行篩選，篩選條件為
設所需通板機組的彎曲次數為n，則杯突深度B ^ 5mmX (n+1),
反彎次數F彡n+2 ；
11)將符合所述篩選條件的焊縫選出，再從計算機中調閱這些焊縫的七種波形曲線，按曲線種類進行高斯擬合，得到七種擬合后的標準曲線；將該七種標準曲線納入專家庫系統，用于焊縫質量的在線評估；
12)繼續使用2)飛)的步驟進行焊接，將焊接得到的曲線與專家庫系統的標準曲線進行擬合度分析，擬合度> 95%即判定焊縫質量良好，輸出焊縫判斷結果，信息顯示“OK”提示可以放行；否則顯示“NG”提示操作人員進行重焊。進一步，在激光加工頭后方依次安裝硬度檢測探頭、超聲波檢測探頭和渦流檢測探頭。又，步驟6)兩根試樣的規格為100_X 20mm和900_X 20mm。上述硬度檢測探頭對焊縫的母材、熱影響區、熔合區及焊縫區進行打點測量、超聲波檢測探頭對焊縫外觀形貌進行連續性檢測、渦流檢測探頭對焊縫內部形貌進行連續性檢測獲得七種波形曲線以及按曲線種類進行高斯擬合，均為現有技術，在此不再贅述。本發明的有益效果
本發明通過硬度檢測、超聲波檢測、渦流探傷三種檢測方法，對激光填絲焊縫的機械性能、形貌特征、內部缺陷進行了量化性的表述，并采用杯突、反彎兩種試驗方法對所測焊縫的實際性能進行測試，在一定試樣累積的基礎上形成全新的焊縫質量評估專家庫系統，再通過在線檢測的方法，將檢測得到的波形曲線與專家庫系統進行擬合驗證，從而達到正確評估焊縫質量的目的。
本發明方法的創造性在于，對焊縫質量的優劣，提出了量化性的表征方法，并利用擬合曲線進行驗證，完全避免了以往人工檢測存在的標準不一、檢測存在盲區等問題。經現場實際驗證，使用本發明檢測方法后，焊縫質量不良的檢出率> 99. 98%，焊縫斷帶率(1%。，能夠大大提高冷軋產線的生產效率。
圖I為本發明焊縫質量在線檢測系統的示意圖。圖2為本發明焊縫的結構示意圖。圖3為本發明焊縫質量在線評估流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明
參見圖f圖3，本發明的激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，包括如下步驟
1)在激光加工頭I后方，依次安裝硬度檢測探頭2、超聲波檢測探頭3和渦流檢測探頭4，所述硬度檢測探頭2安裝位置與激光加工頭I距離120mm以上，之后依次安裝超聲波檢測探頭3和渦流檢測探頭4，探頭之間的間距為50mm，焊接時與激光加工頭I隨動；
2)硬度檢測探頭2平行安裝四組，沿焊接方向，分別對焊縫100的母材、熱影響區、熔合區及焊縫區進行打點測量，測量間距15mm。所測硬度數據用于表征焊縫區域的機械性能，將數據返回給計算機并進行儲存；
3)超聲波檢測探頭3沿焊接方向，對焊縫外觀形貌進行連續性檢測，檢測內容包括焊縫的堆高、咬邊，將所測數據返回給計算機并儲存；
4)渦流檢測探頭4沿焊接方向，對焊縫內部形貌進行連續性檢測，將所測數據返回給計算機并儲存；
5)通過所述步驟2)、3)、4)，可得到當前焊縫的相關性能表述，其應該包括焊縫母材10、熱影響區20、熔合區30、焊縫區40 (如圖2所示)的硬度曲線；焊縫的堆高和咬邊曲線；以及焊縫內部形貌曲線；將上述七種波形曲線保存在計算機中待用；
6)對該焊縫進行剪切,分別做成IOOmmX20mm和900mmX20mm的兩根試樣；
7)對規格為900mmX20mm的試樣進行杯突試驗，試驗采用市面可售的杯突試驗機(如JBS-300型試驗機)，將夾緊的試樣壓入壓模內，直至出現穿透裂縫為止，記錄此時所測量的杯突深度B ；
8)對規格為100mmX20mm的試樣進行反彎試驗，試驗采用市面可售的反彎試驗機(如GW-40B型試驗機)，將夾緊的反復彎曲，直至試樣斷裂為止，記錄此時的反彎次數F ;
9)依照上述2廠6)的步驟，焊接200根焊縫，并依照上述7廠9)的步驟，對這些焊縫做杯突和反彎試驗
10)根據杯突和反彎試驗結果，對這些焊縫進行篩選，篩選條件為
所需通板機組的彎曲次數為8次，
則杯突深度 B ^ 5mmX (8+1) =45mm 反彎次數F ^ 8+2=10次
11)將杯突深度B^ 45mm、反彎次數F > 10次的焊縫選出，再從計算機中調閱這些焊縫的七種波形曲線，按曲線種類進行高斯擬合，得到七種擬合后的標準曲線；將該七種標準曲線納入專家庫系統，用于焊縫質量的在線評估；12)繼續使用2)飛)的步驟進行焊接，將焊接得到的曲線與標準曲線進行擬合度分析，擬合度> 95%即判定焊縫質量良好，輸出焊縫判斷結果，信息顯示“0K”提示可以放行；否則顯示“NG”提示操作人員進行重焊。綜上所述，本發明通過硬度檢測、超聲波檢測、渦流 探傷三種檢測方法，對激光填絲焊縫的機械性能、形貌特征、內部缺陷進行了量化性的表述，并采用杯突、反彎兩種試驗方法對所測焊縫的實際性能進行測試，在一定試樣累積的基礎上形成全新的焊縫質量評估專家庫系統，再通過在線檢測的方法，將檢測得到的波形曲線與專家庫系統進行擬合驗證，從而達到正確評估焊縫質量的目的。
權利要求
1.激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，包括如下步驟 1)在激光加工頭后方，安裝硬度檢測探頭、超聲波檢測探頭和渦流檢測探頭，所述三種檢測探頭安裝位置與激光加工頭距離在IOOmm以上，焊接時與激光加工頭隨動； 2)硬度檢測探頭沿垂直于焊接方向即垂直于帶鋼寬度方向安裝四組，分別對焊縫的母材、熱影響區、熔合區及焊縫區進行打點測量，測量間距為IOlOmm ;所測硬度數據用于表征焊縫區域的機械性能，將數據返回給計算機并進行儲存； 3)超聲波檢測探頭沿焊接方向，對焊縫外觀形貌進行連續性檢測，檢測內容包括焊縫的堆高、咬邊，將所測數據返回給計算機并儲存； 4)渦流檢測探頭沿焊接方向，對焊縫內部形貌進行連續性檢測，將所測數據返回給計算機并儲存； 5)通過所述步驟2)、3)、4)，得到當前焊縫的相關性能表述，即包括焊縫母材、熱影響區、熔合區、焊縫區的硬度曲線；焊縫的堆高和咬邊曲線；以及焊縫內部形貌曲線；將上述七種波形曲線保存在計算機中待用； 6)對該焊縫進行剪切,分別做成兩種規格試樣； 7)對其中一根試樣進行杯突試驗，試驗采用杯突試驗機，將夾緊的試樣壓入壓模內，直至出現穿透裂縫為止，記錄此時所測量的杯突深度B ; 8)對另一根試樣進行反彎試驗，試驗采用反彎試驗機，將夾緊的反復彎曲，直至試樣斷裂為止，記錄此時的反彎次數F ； 9)依照上述2)飛)的步驟，焊接100根以上焊縫，并依照上述步驟7)、8)，對這些焊縫做杯突和反彎試驗； 10)根據杯突和反彎試驗結果，對這些焊縫進行篩選，篩選條件為 設所需通板機組的彎曲次數為n，則杯突深度B ^ 5mmX (n+1), 反彎次數F≥n+2 ； 11)將符合所述篩選條件的焊縫選出，再從計算機中調閱這些焊縫的七種波形曲線，按曲線種類進行高斯擬合，得到七種擬合后的標準曲線；將該七種標準曲線納入專家庫系統，用于焊縫質量的在線評估； 12)繼續使用2)飛)的步驟進行焊接，將焊接得到的曲線與專家庫系統的標準曲線進行擬合度分析，擬合度> 95%即判定焊縫質量良好，輸出焊縫判斷結果，信息顯示“OK”提示可以放行；否則顯示“NG”提示操作人員進行重焊。
2.如權利要求I所述的激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，其特征是，在激光加工頭后方依次安裝硬度檢測探頭、超聲波檢測探頭和渦流檢測探頭。
3.如權利要求I所述的激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，其特征是，步驟6)兩根試樣的規格為IOOmmX 20mm和900_X20mm。
全文摘要
激光填絲焊焊縫質量在線檢測及評估方法，首先，在激光加工頭后方安裝硬度檢測探頭、超聲波檢測探頭和渦流檢測探頭，分別頭對焊縫母材、熱影響區、熔合區及焊縫區、焊縫外觀形貌、焊縫內部形貌進行檢測；得到上述焊縫特征的七種波形曲線；對該焊縫進行剪切做成兩根試樣，一試樣杯突試驗，另一試樣反彎試驗；焊接100根以上焊縫，并分別做杯突和反彎試驗，根據試驗結果，對焊縫進行篩選，將符合篩選條件的焊縫選出，再調閱這些焊縫的七種波形曲線，按曲線種類進行高斯擬合，得到七種擬合后的標準曲線納入專家庫系統；然后，繼續進行焊接，將焊接得到的曲線與專家庫系統標準曲線進行擬合度分析，擬合度≥95%即判定焊縫質量良好。
文檔編號G01B7/28GK102707029SQ201210170560
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者宋俊, 曾建峰, 陶登國 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司