CN113883992A - 一种面内焊接变形测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面内焊接变形测量方法，包括：在待焊接件正反两焊接表面的焊缝处均设置标记金属线组，标记金属线组包括两关于焊缝镜像设置的标记金属线，标记金属线与焊缝平行设置；获取焊接作业前标记金属线组距离特征；获取焊接作业后标记金属线组的距离特征；比较标记金属线组焊接作业前和焊接作业后的距离特征，获得两标记金属线焊接前后距离特征的变化量；分别求取正面焊接表面中标记金属线距离特征变化量的平均值记为a和反面焊接表面中标记金属线组距离特征变化量的平均值记为b，求取a与b的平均值为面内焊接的变形量。本发明相对于现有技术提出了一种良好的面内焊接变形测量方法，填补了现有技术中面内焊接变形测量技术的空缺。

Description

一种面内焊接变形测量方法

技术领域

本发明涉及一种面内焊接变形测量方法，属于面内焊接变形测量技术领域。

背景技术

在焊接变形测量中，摄像法和数字图像相关法是常用的方法，但由于摄像法通常的精度为0.4mm/m，无法用于测量统计焊接面内的变形量；而对于小范围区域，数字图像相关法可通过算法获得极高的精度，但数字图像相关法在焊接变形测量中，由于焊缝和热影响区受电弧或激光辐射的影响，散斑特征极易被破坏，容易造成焊接变形，这为面内焊接变形量的测量带来很大的挑战。

同时，摄像法主要关注焊接结构的整体变形或者外部变形，数字相关法主要应用于离开焊缝较远的区域的焊接变形和应力的测量，对于面内焊接变形量的测量，目前工业上采用划线法或激光打标法，但由于受电弧和激光的辐射影响，焊件焊接前后的特征变化很大，同时鲁棒性变差，以致目前还没有一种良好的面内焊接变形的测量手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种面内焊接变形测量方法，提供一种克服现有技术缺陷的良好的面内焊接变形量的测量方法。

为达到上述目的，本发明提供一种面内焊接变形测量方法，包括如下步骤：

在待焊接件正反两焊接表面的焊缝处均至少设置一组用于反映面内变形的标记金属线组，各所述标记金属线组均包括两关于焊缝镜像设置的标记金属线，各标记金属线均与焊缝平行设置；

获取焊接作业前各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征；

获取焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征；

比较各标记金属线组中两标记金属线焊接作业前和焊接作业后的距离特征，获得各标记金属线组焊接前后距离特征的变化量；

分别求取待焊接件正面焊接表面中各标记金属线组距离特征变化量的平均值记为a和反面焊接表面中各标记金属线组距离特征变化量的平均值记为b，求取a与b的平均值为面内焊接的变形量。

进一步地，所述标记金属线的熔点大于或等于待焊接件的熔点，所述标记金属线与待焊工件的板面固连，使得在焊接过程中标记金属线与待焊接件的相对位置固定、标记金属线的线径固定。

进一步地，所述标记金属线与待焊工件的板面采用点固焊或机械连接的方式固连。

进一步地，获取焊接作业前或焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线的距离特征包括如下步骤：

获取焊板外形的图像，对获取到的图像沿标记金属线长度方向选取多个位置作为采样点，获取各采样点处两成组设置的标记金属线之间的距离特征，将获取的各采样点的距离特征求取平均值作为此标记金属线组中两标记金属线的距离特征的实际值。

进一步地，所述焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线间的距离特征包括每道焊接工序后各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征。

进一步地，若待焊接件同一待焊板面中标记金属线的组数大于一，则在焊接作业后获取待焊接件同一待焊板面中各组标记金属线距离特征的变化量，并求解各距离特征变化量的平均值作为实际采用值；

若待焊接件同一待焊板面中标记金属线的组数等于一，则此标记金属线组距离特征的变化量即为实际采用值。

进一步地，标记金属线直径特征为0.03mm-1.2mm。

本发明所达到的有益效果：

本发明提出了一种良好的面内金属焊接变形的测量方法，有效填补了现有技术中面内焊接变形测量技术的空缺；

本发明在焊缝处固连关于焊缝对称且平行设置的标记金属线组，将焊接过程中面内的变形通过标记金属线组直观反映。

本发明在待焊工件的正反面均设置标记金属线，通过对正反面标记金属线组求取平均变化量消除了外变形的干扰。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种面内焊接变形测量方法的测量示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供的一种面内焊接变形测量方法，包括如下步骤：

步骤1：焊接作业前在待焊接件的正反两焊接面均至少设置一组标记金属线组，各所述标记金属线组均包括两关于焊缝镜像设置的标记金属线，各所述标记金属线均平行于焊缝设置，本发明实施例中，待焊接件的正反两焊接面均优选设置一标记金属线组。

步骤1中，由于焊接过程是熔融再凝固过程，被焊工件在焊接时焊缝处的待焊金属要先进行高温熔化然后冷却凝固才可完成焊接，同时被焊工件的温度自焊缝向两边逐渐降低，所以标记金属线的熔点至少应等于待焊金属的熔点，以防在焊接过程中由于温度过高导致熔点较低的标记金属线熔化，从而影响被焊件的质量，同时亦无法进行面内变形的测量工作，由此，标记金属线的熔点应大于或等于待焊金属的熔点，以免被焊金属在焊接时温度超过标记金属线的温度，导致标记金属线熔化，影响被焊工件的洁净度，影响被焊工件的内部形变的测量，可参照日常焊接工作的实际，找出日常焊接工作中最高熔点的待焊工件，以此为参考选择合适熔点的标记金属线，以适应日常各不同熔点待焊工件对标记金属线的不同熔点的需求，减少匹配所需的辅助时间，减少标记金属线的采购成本，标记金属线可优选使用镍铬线合金、镍硅合金、铂及铂合金线、钼及钼合金线、镍及镍合金线、不锈钢线、钛及钛合金线、铜及铜合金线或铝及铝合金线等熔点较高的金属材质。

步骤1中，标记金属线与待焊工件的板面之间可选用焊接或机械连接的方式实现固连，本发明实施例中，优选用点固焊的方式实现固连，以保证标记金属线与待焊工件的相对位置固定、标记金属线线径的固定，标记金属线直径特征为0.03mm-1.2mm，当面内焊接产生形变时，被焊工件产生变形动作的同时，由于标记金属线与被焊工件的相对位置保持不变，标记金属线也会随被焊工件运动以将面内焊接的变形量通过标记金属线的运动直观反应，为保证尺寸的精确性，各组标记金属线中两标记金属线上的焊点亦镜像设置。同时，由于点固焊为多个焊点依次焊接固定，其焊接时间短，并且在出现位置偏差时方便进行拆卸重焊，在检测工作完成后方便拆除标记金属线，同时，由于点焊的焊接面小，每个焊接处仅为一点，所以对待焊工件板面的损伤较小，并且在拆除标记金属线时方便清理板面上的焊点。

步骤2：获取焊接作业前各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征。

步骤3：获取焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征。

步骤2和步骤3中，采用数字图像法获取焊接作业前和焊接作业后每组标记金属线的距离特征，所述距离特征为每组标记金属线之间的垂直距离。

所述数字图像法获取每组标记金属线之间的距离特征包括如下步骤：首先用图像获取工具对焊板外形进行拍摄，对获取到的图像沿标记金属线长度方向选取多个位置作为采样点，获取各采样点处两标记金属线之间的距离特征，并求取各采样点的平均值作为各标记金属线组中两标记金属线之间距离特征的实际值。

步骤3中，所述焊接作业后各组标记金属线之间的距离特征包括每道焊接工序后各组标记金属线之间的距离特征，例如焊接作业包括三道焊接工序，在每道焊接工序完成后均获取各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征，方便记录并监控每道焊接工艺带来的面内变形量，方便后续对工艺进行优化时作为参考。

步骤4：比较各标记金属线组中两标记金属线焊接作业前和焊接作业后的距离特征，获得各标记金属线组焊接前后距离特征的变化量。

步骤4中，将各标记金属线组中两标记金属线焊接作业前和焊接作业后的距离特征做差，获得焊接作业后距离特征的变化量，将各标记金属线组中两标记金属线焊接作业后的距离特征量的变化量与焊接作业前距离特征的值做商，获得焊接作业后距离特征的应变量。

步骤4中，若待焊接件同一待焊板面中标记金属线的组数大于一，则在焊接作业后获取待焊接件同一待焊板面中各标记金属线组距离特征的变化量和应变量，并求解各距离特征变化量和应变量的平均值作为实际采用值，若待焊接件同一待焊板面中标记金属线的组数等于一，则此标记金属线组距离特征的变化量和应变量即为实际采用值。

步骤5：分别求取待焊接件正面焊接表面中各标记金属线组距离特征变化量的平均值记为a和反面焊接表面中各标记金属线组距离特征变化量的平均值记为b，求取a与b的平均值为面内焊接的变形量。

本发明实施例的一个应用实例如下：

如图1所示，图1是待焊工件的焊前状态，焊前使用点固焊将两待焊工件进行连接，在两待焊工件的正反两板面的焊缝处均设置一标记金属线组，两条标记金属线镜像设置在焊缝两侧，各标记金属线均与焊缝平行设置，各标记金属线通过点固焊的方式固连待焊工件的面板，各标记金属线组的两条标记金属线的焊点镜像设置。

采用数字图像分析法获取焊接作业前各标记金属线组中两标记金属线的距离特征，焊接过程中，每一道焊接工艺过后，采用数字图像分析法获取每道焊接工序后各标记金属线组中两标记金属线的距离特征，将焊接作业前两标记金属线的距离特征与每一道焊接工艺过后两标记金属线的距离特征作差，获取每道焊接工序带来的变形量，并依据变形量求解应变量。

由于本应用实例中优选每个板面设置一标记金属线组，则求解的每个标记金属线组的变形量和应变量即为实际采用值。

将各标记金属线组焊接作业前和每道焊接工序后的距离特征、变形量和应变量进行统计分析得到变形测量结果。

数字图像分析法中，采用image J软件对标记金属线的多个采样点进行距离特征统计，并取其平均值即为各标记金属线组中两标记金属线距离特征的实际采用值，每个采样点获取距离特征包括如下步骤：

1．使用带有标尺线条的摄像设备获取带有标尺的照片，并导入到image J软件；

2．使用Magnifying Glass放大比例尺；

3．使用直线工具沿着已知长度的标尺进行画线；

4．设置比例尺，点击Analyze-Set Scale,弹出比例尺设置界面，在knowndistance一栏填入已知的标尺长度；通过Unit of length选项设置单位；

5．勾选Global，对所有照片应用这一比例尺，根据实际情况调整比例尺的大小及位置；

6．使用直线工具选择要测量距离的位置，即为各个采样点的位置；

7．使用快捷键“Ctrl+M”或点击Analyze-Measure，即可得到要分析的线长，即各采样点之间的距离。

以图1为例，统计结果如下表所示，(表中y1为正面划线间距，y2为背面划线间距，Δy1为正面每道焊接工序后划线间距与焊前划线间距的差，Δy2为背面每道焊接工序后划线间距与焊前划线间距的差，

为正面应变，

为背面应变)：

表1 图1焊接试板变形量统计

	y1/mm	y2/mm	Δy1	Δy2
							焊前	29.04067	30.833	0	0	0	0
第一道	28.06533	30.4722	0.975	0.361	3.359%	1.170%
							第二道	27.91257	30.271	1.128	0.562	3.885%	1.844%
第三道	27.61367	29.989	1.427	0.844	4.914%	2.737%

如表1所示，可以看出，在经历焊接之后，试板的正面横向收缩变形程度大于背面变形，由此也使得焊接试板出现明显的角变形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

在待焊接件正反两焊接表面的焊缝处均至少设置一组用于反映面内变形的标记金属线组，各所述标记金属线组均包括两关于焊缝镜像设置的标记金属线，各标记金属线均与焊缝平行设置；

获取焊接作业前各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征；

获取焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征；

比较各标记金属线组中两标记金属线焊接作业前和焊接作业后的距离特征，获得各标记金属线组焊接前后距离特征的变化量；

分别求取待焊接件正面焊接表面中各标记金属线组距离特征变化量的平均值记为a和反面焊接表面中各标记金属线组距离特征变化量的平均值记为b，求取a与b的平均值为面内焊接的变形量。

2.根据权利要求1所述的一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：

所述标记金属线的熔点大于或等于待焊接件的熔点，所述标记金属线与待焊工件的板面固连，使得在焊接过程中标记金属线与待焊接件的相对位置固定、标记金属线的线径固定。

3.根据权利要求2所述的一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：

所述标记金属线与待焊工件的板面采用点固焊或机械连接的方式固连。

4.根据权利要求1所述的一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：

获取焊接作业前或焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线的距离特征包括如下步骤：

获取焊板外形的图像，对获取到的图像沿标记金属线长度方向选取多个位置作为采样点，获取各采样点处两成组设置的标记金属线之间的距离特征，将获取的各采样点的距离特征求取平均值作为此标记金属线组中两标记金属线的距离特征的实际值。

5.根据权利要求1所述的一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：

所述焊接作业后各标记金属线组中两标记金属线间的距离特征包括每道焊接工序后各标记金属线组中两标记金属线之间的距离特征。

6.根据权利要求1所述的一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：

若待焊接件同一待焊板面中标记金属线的组数大于一，则在焊接作业后获取待焊接件同一待焊板面中各组标记金属线距离特征的变化量，并求解各距离特征变化量的平均值作为实际采用值；

若待焊接件同一待焊板面中标记金属线的组数等于一，则此标记金属线组距离特征的变化量即为实际采用值。

7.据权利要求1所述的一种面内焊接变形测量方法，其特征在于：

标记金属线直径特征为0.03mm-1.2mm。

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