CN110961821A - 一种实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法 - Google Patents

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Abstract

一种实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，属控制领域。其在激光焊机与焊缝质量检测装置之间，设置一个焊缝自动检查与放行控制模块；激光焊机焊接后，利用焊缝质量检测装置进行激光焊缝外观形貌的检测；通过焊缝自动检查与放行控制模块加以逻辑判断，选择不同的焊接参数调整对应措施，实现焊接过程中焊缝质量的准确检测以及焊接参数根据焊缝质量自动动态调整。其根据焊缝质量检测装置检测结果，实现焊接参数的自动调节，提高了焊缝质量的稳定性，焊缝断带率大大降低，提高冷轧产线的生产效率，减少了对操作人员技能水平的依赖性，有助于实现带钢激光拼接焊缝在冷连轧机组的稳定轧制。可广泛运用于各种激光焊机设备的焊接质量控制领域。

Description

一种实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法
技术领域
本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于带钢激光拼接焊缝质量的自动检测和判定方法。
背景技术
在冷轧连续生产工艺中，非常重要的一点就是将前行热轧带钢的末端与后续带钢的头部焊接起来形成焊缝，然后使其通过轧线，形成连续轧制，可大大提高生产效率。
此时，如果焊缝质量不良(其中，焊缝外观表面关键表征特性为焊透性、饱满度、搭接量)，则焊缝在通过轧制线时会出现断带，导致生产中断。
激光焊接技术因激光焊接质量高、无接触、深宽比大、变形小、焊接美观、而且焊缝的机械性能基本与母材一致，因此适于许多领域尤其是钢带板材的焊接。
目前，结合主要冷连轧激光焊机的生产控制情况，热轧板带钢激光拼接焊缝检测与放行均是通过人工把关控制的。
由于人工对焊缝质量的判定标准具有不唯一性，一旦不良焊缝放行流入机组，将会在机架内发生断带，甚至在酸洗段发生断带生产事故。
现有技术所存在的问题：
1)带钢激光拼接焊缝质量需要操作工人判定，焊缝判定放行的标准不唯一，且当前焊缝质量检测装置(QCDS，Quality Control Date System)只是一个检测装置，无法根据焊缝质量进行焊接参数的自动动态调整，导致不同班组焊缝断带次数差异很大；
2)带钢激光拼接焊缝无法自动判定放行，对操作人员技能水平的依赖性比较高，制约了冷连轧机组生产节奏。
公开日为2001年4月18日，公开号为CN 1291928A的中国发明专利申请，公开了一种对在对焊过程中通过激光器深层焊方式实现的焊接头进行焊缝检查的方法。包括：1)使用一个机械探针来扫描焊缝高度；2)使用一个光学测距仪来扫描焊缝高度；3)使用一个声学测距仪来扫描焊缝高度。
该技术方案是目前比较具有代表性的激光焊接焊缝检查方法，其核心内容在于通过机械探针或光学测距仪或声学测距仪来扫描焊缝高度，根据焊缝增高区来探测焊缝缺陷。此方法只是焊缝检测的方法，但不能解决本申请前面提到的检测出焊缝状态不满足放行要求后，如何实现焊接参数自动调整的问题。
授权公告日为2015年8月5日，授权公告号为CN 102791412 B的中国发明专利，公开了一种焊缝检查方法和焊缝检查装置。该焊缝检查装置包括测量钎焊丝的供给速度的供丝速度测量装置，和分析部，该分析部测量和分析与第一工件、第二工件和焊缝的表面有关的位置坐标数据，并执行在钎焊前测量第一形状数据的第一形状数据测量步骤、在钎焊后测量第二形状数据的第二形状数据测量步骤、基于第一和第二形状数据以及钎焊丝供给速度来计算特征量的预测值的特征量计算步骤以及通过基于特征量和焊喉厚度的实测值而形成的回归式来计算焊喉厚度的预测值的焊喉厚度计算步骤。
上述技术方案的方法主要还是通过检测钎焊过程的状态，最终确认焊缝质量，依然是一种焊缝检测装置与方法，还是不能解决本申请前面提到的检测出焊缝状态不满足放行要求后，如何实现焊接参数自动调整的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法。其借助现有激光焊机配备的焊缝检查装置的检测结果，加以逻辑判断，选择不同的焊接参数调整对应措施，实现焊接过程中焊缝质量的准确检测以及焊接参数根据焊缝质量自动动态调整，且实现焊缝质量满足一定要求时自动判定放行的功能，焊缝断带率大大降低，能够明显提高冷轧产线的生产效率，提高了焊缝质量的稳定性，减少了对操作人员技能水平的依赖性，有助于实现带钢激光拼接焊缝在冷连轧机组的稳定轧制。
本发明的技术方案是：提供一种实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，包括采用激光焊机对前行带钢和后续带钢之间的对接间隙进行激光焊接，采用焊缝质量检测装置对焊缝质量进行检测；其特征是：
1)在激光焊机与焊缝质量检测装置之间，设置一个焊缝自动检查与放行控制模块；
2)激光焊机正常焊接后，利用焊缝质量检测装置，进行激光焊缝外观形貌的检测；
3)焊缝自动检查与放行控制模块按照下列步骤进行自动判定：
3-1)冷连轧机组正常运行过程中，钢卷头尾自动定位在激光焊机入口与出口，激光焊机按照***内焊接参数正常焊接；
3-2)焊缝自动检查与放行控制模块接受焊缝质量检测装置对激光焊缝外观形貌的检测结果，并将焊缝检测判定结果，发送给激光焊机；
3-3)如果焊缝检测判定结果为“No OK”，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机启动重焊程序，按照原焊接参数对焊缝再进行一次焊接；
3-4)焊缝质量检测装置再次对焊缝进行激光焊缝外观形貌的检测；
3-5)若焊缝判定结果仍为“No OK”，焊缝自动检查与放行控制模块根据焊缝质量检测装置中预定的焊缝外观表面关键表征特性参数优先等级中的顺序，自动采取对应的焊接参数补偿措施；其中的优先等级顺序，依次包括焊透性、不饱满度和搭接量
3-6)焊缝质量检测装置再一次对焊缝进行激光焊缝外观形貌的检测；
3-7)；如果焊缝质量检测装置对激光焊缝外观形貌的检测判定结果依然为“NoOK”，返回3-3)步骤，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机，按照焊缝外观表面关键表征特性参数的优先等级的顺序，对下一优先等级，自动采取对应的焊接参数补偿措施；
3-8)如果焊缝质量检测装置对激光焊缝外观形貌的检测判定结果为“OK”，焊缝自动检查与放行控制模块将判定结果传送至激光焊机，激光焊机自动放行。
具体的，对于焊缝外观表面关键表征特性焊透性缺陷，焊缝自动检查与放行控制模块给出的对应焊接参数补偿措施为：
若焊缝质量检测装置检测的焊缝外观表面关键表征特性焊透性曲线的实际检测值低于标准值下限范围时，激光焊机焊接参数焊接速度自动补偿-5％，然后重焊，回到步骤(3-3)；
当焊缝外观表面关键表征特性焊透性曲线在标准值上下限范围内，跳至步骤(3-7)。
具体的，对于不饱满度缺陷，焊缝自动检查与放行控制模块给出的对应焊接参数补偿措施为：
若焊缝质量检测装置检测的焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线的实际检测值超过上限范围时，激光焊机焊接参数送丝速度自动补偿+5％，然后重焊，回到步骤(3-3)；
当焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线在标准值上下限范围内，跳至步骤(3-7)。
具体的，对于搭接量缺陷，焊缝自动检查与放行控制模块给出的对应焊接参数补偿措施为：
若焊缝质量检测装置检测的焊缝外观表面关键表征特性搭接量曲线不在标准值上下限范围内，激光焊机按照原焊接参数重焊，回到步骤(3-3)。
所述的焊缝自动检查与放行控制模块为逻辑比较电路、计算机程序或单片机逻辑控制电路。
本发明技术方案所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，通过在焊接过程中对焊缝质量的检测以及焊接参数根据焊缝质量的自动动态调整，实现焊缝质量满足一定要求时自动判定放行的功能，能提高焊缝质量的稳定性，减少对操作人员技能水平的依赖性，实现带钢激光拼接焊缝在冷连轧机组的稳定轧制。
与现有技术比较，本发明的优点是：
针对目前带钢激光拼接焊缝质量需要操作工人判定，焊缝判定放行的标准不唯一导致不同班组焊缝断带次数差异很大的现象，在焊机与焊缝质量检测装置之间新增焊缝自动检查与放行控制模块。此技术方案根据焊缝质量检测装置检测结果，实现焊接参数的自动调节，提高了焊缝质量的稳定性，焊缝断带率大大降低，能够明显提高冷轧产线的生产效率，提高了焊缝质量的稳定性，减少了对操作人员技能水平的依赖性，有助于实现带钢激光拼接焊缝在冷连轧机组的稳定轧制。
附图说明
图1(a)是焊缝检查装置1号摄像头的测量示意图；
图1(b)是焊缝检查装置2号摄像头的测量示意图；
图1(c)是焊缝检查装置3号摄像头的测量示意图；
图2是本发明带钢激光拼接焊缝自动判定与放行的方法流程示意图。
图中A为前行带钢，B为后续带钢，C为对接间隙，D为激光熔池，E为不饱满度。
1#SXT～3#SXT为1#至3#摄像头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
首先，以酸连轧机组的激光焊机为例进行叙述。
以图1(a)、图1(b)、图1(c)中所示为例，现有的激光焊机均配有一套焊缝检查装置(QCDS，它用于检测焊缝外观形貌特性)，其工作原理与专利CN99803519.X类似，由3套摄像头(1#SXT～3#SXT)组成。
其中一套摄像头(1#SXT)用于检测带钢的对接间隙，即前行带钢A与后续带钢B之间的对接间隙C。
第二套摄像头(2#SXT)用于检测激光焊接过程中的穿透性，即激光熔池D所形成的焊缝下表面的焊透性。
第三套摄像头(3#SXT)用于检测焊缝的不饱满度(该缺陷的表象是焊缝的上表面不饱满，表现为如图中所示的焊缝凹陷E)。
图2中，本技术方案，利用原设计焊缝检查装置，按如下步骤实施本发明的技术方案，来实现带钢激光拼接焊缝检查的自动判定与放行：
1、激光焊机正常焊接后，利用原焊缝质量检测装置(QCDS)，进行激光焊缝外观形貌的检测；
2、在焊机与焊缝质量检测装置(QCDS)之间，新增一个焊缝自动检查与放行控制模块(该焊缝自动检查与放行控制模块为逻辑比较电路、计算机程序或单片机逻辑控制电路)，根据焊缝质量检测装置(QCDS)检测结果实现焊接参数的自动调节，提高焊缝质量的稳定性，减少焊缝断带次数。当发生如下情况时，则焊缝自动检查与放行控制模块的控制程序生效：
(1)冷连轧机组正常运行过程中，钢卷头尾自动定位在激光焊机入口与出口，激光焊机按照***内焊接参数正常焊接；
(2)焊缝质量检测装置(QCDS)将焊缝检测判定结果，发送给激光焊机；
(3)如果焊缝判定结果为No OK，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机按照原焊接参数自动启动重焊程序；
(4)激光焊机重焊后焊缝判定结果仍为No OK，根据焊缝质量检测装置(QCDS)显示的焊缝外观表面关键表征特性参数焊透性(焊缝下表面的焊透性)、不饱满度(表示焊缝上表面不饱满，表现为焊缝凹陷)、搭接量(焊缝前行带钢与后行带钢之间的高低差)的优先等级顺序，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机自动采取焊接参数自动补偿措施，其中，第一优先等级为焊透性，其次为不饱满度，最后为搭接量；
(5)若焊缝质量检测装置(QCDS)检测的焊缝外观表面关键表征特性焊透性曲线的实际检测值低于标准值下限范围时，激光焊机焊接参数焊接速度自动补偿-5％，然后重焊，回到步骤(2)；焊缝外观表面关键表征特性焊透性曲线在标准值上下限范围内，跳至步骤(6)；
(6)若焊缝质量检测装置(QCDS)检测的焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线的实际检测值超过上限范围时，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机焊接参数送丝速度自动补偿+5％，然后重焊，回到步骤(2)；焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线在标准值上下限范围内，跳至步骤(7)；
(7)若焊缝质量检测装置(QCDS)检测的焊缝外观表面关键表征特性搭接量曲线不在标准值上下限范围内，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机按照原焊接参数重焊，回到步骤(2)；
(8)如果焊缝判定结果为OK，QCDS将判定结果传送至焊机，焊机自动放行。
本发明的技术方案，实现了焊缝的动态控制，同时实现焊缝的自动检测和自动放行，有效地提高了焊缝质量的稳定性。
实施例：
1、正常焊接过程中，前行卷(热卷号：129775452300、出钢记号：DU3853D1、规格：4.52*1284mm)与后行卷(热卷号：129775451200、出钢记号：DT0148D1、规格：4.53*1290mm)自动定位在焊机出口与入口，按照***焊接参数进行正常焊接；
2、焊缝质量检测装置(QCDS)显示焊缝质量“No OK”，其中预设置的焊缝外观表面关键表征特性参数依次为：焊透性(焊缝下表面的焊透性)、不饱满度(表示焊缝上表面不饱满，表现为焊缝凹陷)、搭接量(焊缝前行带钢与后行带钢之间的高低差)，通过实测，该焊缝的焊缝外观表面关键表征特性参数中，只有焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线超过上限范围，则焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机将焊接参数送丝速度自动补偿+5％，然后进行重焊；
3、重焊后，焊缝质量检测装置(QCDS)显示焊缝质量OK，激光焊缝质量OK，焊缝自动检查与放行控制模块自动放行，焊缝通过轧机正常。
经现场实际验证，使用该控制方法后，2018年1-4月，焊缝断带率由改进前的5‰降低至0.52‰，大大提高冷轧产线的生产效率。
本发明的技术方案，针对目前带钢激光拼接焊缝质量需要操作工人判定，焊缝判定放行的标准不唯一，所导致不同班组焊缝断带次数差异很大的现象，在焊机与焊缝质量检测装置(QCDS)之间新增焊缝自动检查与放行控制模块。本技术方案根据焊缝质量检测装置(QCDS)检测结果实现焊接参数的自动调节，提高了焊缝质量的稳定性，有助于实现带钢激光拼接焊缝在冷连轧机组的稳定轧制。
本发明可广泛运用于各种激光焊机设备的焊接质量控制领域。

Claims (6)

1.一种实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，包括采用激光焊机对前行带钢和后续带钢之间的对接间隙进行激光焊接，采用焊缝质量检测装置对焊缝质量进行检测；其特征是：
1)在激光焊机与焊缝质量检测装置之间，设置一个焊缝自动检查与放行控制模块；
2)激光焊机正常焊接后，利用焊缝质量检测装置，进行激光焊缝外观形貌的检测；
3)焊缝自动检查与放行控制模块按照下列步骤进行自动判定：
3-1)冷连轧机组正常运行过程中，钢卷头尾自动定位在激光焊机入口与出口，激光焊机按照***内焊接参数正常焊接；
3-2)焊缝自动检查与放行控制模块接受焊缝质量检测装置对激光焊缝外观形貌的检测结果，并将焊缝检测判定结果，发送给激光焊机；
3-3)如果焊缝检测判定结果为“No OK”，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机启动重焊程序，按照原焊接参数对焊缝再进行一次焊接；
3-4)焊缝质量检测装置再次对焊缝进行激光焊缝外观形貌的检测；
3-5)若焊缝判定结果仍为“No OK”，焊缝自动检查与放行控制模块根据焊缝质量检测装置中预定的焊缝外观表面关键表征特性参数优先等级中的顺序，自动采取对应的焊接参数补偿措施；其中的优先等级顺序，依次包括焊透性、不饱满度和搭接量
3-6)焊缝质量检测装置再一次对焊缝进行激光焊缝外观形貌的检测；
3-7)；如果焊缝质量检测装置对激光焊缝外观形貌的检测判定结果依然为“No OK”，返回3-3)步骤，焊缝自动检查与放行控制模块控制激光焊机，按照焊缝外观表面关键表征特性参数的优先等级的顺序，对下一优先等级，自动采取对应的焊接参数补偿措施；
3-8)如果焊缝质量检测装置对激光焊缝外观形貌的检测判定结果为“OK”，焊缝自动检查与放行控制模块将判定结果传送至激光焊机，激光焊机自动放行。
2.按照权利要求1所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，其特征是对于焊缝外观表面关键表征特性焊透性缺陷，焊缝自动检查与放行控制模块给出的对应焊接参数补偿措施为：
若焊缝质量检测装置检测的焊缝外观表面关键表征特性焊透性曲线的实际检测值低于标准值下限范围时，激光焊机焊接参数焊接速度自动补偿-5％，然后重焊，回到步骤(3-3)；
当焊缝外观表面关键表征特性焊透性曲线在标准值上下限范围内，跳至步骤(3-7)。
3.按照权利要求1所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，其特征是对于不饱满度缺陷，焊缝自动检查与放行控制模块给出的对应焊接参数补偿措施为：
若焊缝质量检测装置检测的焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线的实际检测值超过上限范围时，激光焊机焊接参数送丝速度自动补偿+5％，然后重焊，回到步骤(3-3)；
当焊缝外观表面关键表征特性不饱满度曲线在标准值上下限范围内，跳至步骤(3-7)。
4.按照权利要求1所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，其特征是对于搭接量缺陷，焊缝自动检查与放行控制模块给出的对应焊接参数补偿措施为：
若焊缝质量检测装置检测的焊缝外观表面关键表征特性搭接量曲线不在标准值上下限范围内，激光焊机按照原焊接参数重焊，回到步骤(3-3)。
5.按照权利要求1所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，其特征是所述的焊缝自动检查与放行控制模块为逻辑比较电路、计算机程序或单片机逻辑控制电路。
6.按照权利要求1所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，其特征是所述的实现带钢激光拼接焊缝检查自动判定与放行的方法，通过在焊接过程中对焊缝质量的检测以及焊接参数根据焊缝质量的自动动态调整，实现焊缝质量满足一定要求时自动判定放行的功能，能提高焊缝质量的稳定性，减少对操作人员技能水平的依赖性，实现带钢激光拼接焊缝在冷连轧机组的稳定轧制。
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