一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接凝固裂紋是焊接構(gòu)件中危害最大的缺陷之一，是冷裂紋、再熱裂紋、疲勞裂紋等的產(chǎn)生因素，而且它的存在也可能會直接導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)在運行中破斷，焊接冷卻過程結(jié)構(gòu)熱力學(xué)特性是焊接凝固熱裂紋產(chǎn)生與擴展的關(guān)鍵因素，焊接冷卻過程結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來的熱力參數(shù)變化規(guī)律直接可以表征凝固熱裂紋產(chǎn)生與擴展?fàn)顟B(tài)；因此，實現(xiàn)對焊接過程熱力參數(shù)、應(yīng)力應(yīng)變的有效測量與獲取，是實現(xiàn)分析凝固熱裂紋產(chǎn)生與擴展的物理本質(zhì)和預(yù)測焊接凝固熱裂紋的重要手段，進而為焊接凝固熱裂紋的抑制提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)。
[0003]高速焊凝固熱裂紋在線檢測的關(guān)鍵在于尋找和選擇能夠全面表征焊接過程凝固熱裂紋形成與擴展運動狀態(tài)產(chǎn)生的物理信息，可調(diào)拘束試驗方法不僅能夠比較直觀的反映出材料凝固裂紋敏感性的裂紋總長度，條數(shù)等參數(shù)，還能夠定量的測出材料產(chǎn)生裂紋的臨界變量、脆性區(qū)間、描繪出凝固塑形曲線，同時我們也能夠通過信號來掌握焊接凝固裂紋的動態(tài)過程；可調(diào)拘束試驗在20世紀(jì)60年代中期創(chuàng)始于美國，然后在日本及西歐改進，它被廣泛運用于評定材料熱裂紋敏感性，20世紀(jì)80年代以來一些學(xué)者采用攝像法研宄了熔池裂紋萌生和擴展過程中凝固裂紋尖端附近的局部延展性，通過可調(diào)拘束試驗利用紅外線相機接受高溫區(qū)發(fā)出的大波紅外線來觀察熔池區(qū)，然后測量凝固裂紋很小范圍內(nèi)的材料的凝固塑性；或者通過夾具的作用對薄板試件施加一個大小可調(diào)的預(yù)加載和根據(jù)試件是否發(fā)生裂開來確定材料在此條件下的極限應(yīng)力，用極限應(yīng)力作為衡量材料敏感性的定量判據(jù)；隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們通過有限元技術(shù)結(jié)合可調(diào)可拘束試驗的實際情況對焊接凝固熱裂紋進行數(shù)值模擬仿真，取得了較為顯著的效果；但是至今為止由于很難將機械應(yīng)變和材料應(yīng)變分開，熔池尾部溫度很高等原因造成無法用試驗的方法定量測量，而在數(shù)值模擬技術(shù)中也存在較多的不足，比如我們對焊接凝固裂紋研宄的過程中無法精確模擬熔池內(nèi)部流體流動狀態(tài)對溫度場的影響，對焊接凝固裂紋的研宄過程中對凝固熱處理不夠精確，這是由于數(shù)值模擬技術(shù)對某些因素的考慮太過理想化與試驗室現(xiàn)實情況的偏差所導(dǎo)致，但又無法避免的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述情況，本實用新型的目的在于提供一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)，它既能以聲發(fā)射信號為監(jiān)測對象又能在可調(diào)拘束試驗中進行試驗；還能在焊接的過程中給焊件施加穩(wěn)定的壓力并實時記錄、儲存壓力施加過程中焊件發(fā)生折彎所產(chǎn)生的焊接凝固裂紋及聲發(fā)射信號，且能用于焊接凝固裂紋的形成與擴展研宄；其結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，操作流程簡便，生產(chǎn)工藝簡單，制造成本較低，易于普及推廣。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)，它包括壓力施加單元、焊接單元、聲發(fā)射檢測單元、焊件，所述壓力施加單元包括壓力施加臺體模塊、焊件裝夾模塊、壓力施加模塊、壓力監(jiān)測模塊；所述焊件經(jīng)焊件裝夾模塊固定安裝于壓力施加臺體模塊上，壓力施加模塊相對于焊件設(shè)置并與壓力施加臺體模塊固定連接，該壓力施加模塊能夠在焊接過程中穩(wěn)定的給焊件施加壓力；所述焊接單元相對于壓力施加臺體模塊上的焊件設(shè)置。
[0006]為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、效果優(yōu)化，其進一步的措施是:所述壓力監(jiān)測模塊包括壓力電阻應(yīng)變片、壓力信號采集主機箱、試驗用計算機；該壓力監(jiān)測模塊能在焊接過程中壓力施加單元對焊件施加的壓力進行實時監(jiān)測；所述壓力電阻應(yīng)變片設(shè)置于壓力施加模塊內(nèi)并經(jīng)壓力信號采集主機箱與試驗用計算機相連；所述聲發(fā)射檢測單元包括聲發(fā)射傳感器、前置信號放大器、聲發(fā)射主機箱、計算機單元以及信號傳輸線纜；所述聲發(fā)射傳感器安置于焊接件上并與前置放大器輸入端相連，前置放大器輸出端通過信號線纜與聲發(fā)射主機箱輸入端相連，聲發(fā)射主機箱輸出端經(jīng)以太網(wǎng)線與計算機單元相連；所述聲發(fā)射傳感器為耐高溫傳感器，該聲發(fā)射傳感器與焊件之間涂有耦合介質(zhì)；所述前置放大器包括模擬電路，接收和輸出模擬信號電路。
[0007]為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、效果優(yōu)化，其進一步的措施是:所述系統(tǒng)的具體操作步驟流程如下:
[0008]步驟A:分別將壓力施加單元、焊接單元、聲發(fā)射檢測單元三個獨立模塊組裝形成工作模式；
[0009]步驟B:按照要求將焊件裝夾固定在壓力施加單元上，同時布置壓力施加單元與焊接單元的相對位置，從而使焊接過程按照要求進行，然后合理地將聲發(fā)射傳感器布置在焊件上；
[0010]步驟C:將焊接單元、聲發(fā)射檢測單元分別接通電源設(shè)備并且進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，包括物理參數(shù)、電氣參數(shù)、功能參數(shù)，硬件系統(tǒng)初始化設(shè)置；
[0011]步驟D:焊接單元開始工作，并且在此過程中通過壓力施加單元穩(wěn)定地給焊件施加壓力，同時通過聲發(fā)射檢測單元采集此焊接過程中的聲發(fā)射信號；
[0012]步驟E:采集完成，儲存相關(guān)聲發(fā)射信號于指定文件夾。
[0013]本實用新型一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)，它包括壓力施加單元、焊接單元、聲發(fā)射檢測單元、焊件，所述壓力施加單元包括壓力施加臺體模塊、焊件裝夾模塊、壓力施加模塊、壓力監(jiān)測模塊；所述焊件經(jīng)焊件裝夾模塊固定安裝于壓力施加臺體模塊上，壓力施加模塊相對于焊件設(shè)置并與壓力施加臺體模塊固定連接，該壓力施加模塊能夠在焊接過程中穩(wěn)定的給焊件施加壓力；所述焊接單元相對于壓力施加臺體模塊上的焊件設(shè)置以及設(shè)有具體操作流程的技術(shù)方案；它克服了現(xiàn)有對焊接凝固熱裂紋進行數(shù)值模擬仿真存在的無法定量區(qū)分機械應(yīng)變和材料應(yīng)變，無法精確模擬熔池內(nèi)部流體流動狀態(tài)對溫度場的影響等缺陷；實現(xiàn)了快速方便測定焊接冷卻過程中熱力參數(shù)及應(yīng)力的變化規(guī)律，為制定合理的焊接工藝參數(shù)及技術(shù)條件提供科學(xué)依據(jù)；并且操作使用方便，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，生產(chǎn)工藝簡便，制造成本較低，易于普及推廣。
[0014]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果:
[0015]( I )本實用新型能夠在焊接的同時進行跟蹤監(jiān)測，能夠更加全面的提供焊件凝固裂紋產(chǎn)生前后的所有動態(tài)信息；
[0016](II)本實用新型將可調(diào)拘束試驗以及聲發(fā)射信號檢測相結(jié)合起來，以焊件凝固裂紋形成擴展過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號作為監(jiān)測對象，通過對采集到的信號進行分析，能夠得到更加真實的裂紋形成擴展的動態(tài)情況；
[0017](III)本實用新型將壓力施加單元與壓力監(jiān)測模塊結(jié)合，能在焊接的過程中給焊件施加穩(wěn)定的壓力并且實時記錄下壓力的變化情況，經(jīng)對信號進行分析就能夠更加全面、科學(xué)的掌握焊接凝固裂紋的形成與擴展機理研宄；
[0018](IV)本實用新型能快速方便測定焊接冷卻過程中熱力參數(shù)及應(yīng)力的變化規(guī)律，為制定合理的焊接工藝參數(shù)及技術(shù)條件提供科學(xué)依據(jù)；并且操作使用方便，整體結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，生產(chǎn)工藝簡便，制造成本較低，無環(huán)境污染，易于普及推廣。
[0019]本實用新型廣泛適于焊接件凝固熱裂紋在線檢測及模擬仿真試驗配套使用。
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)安裝示意圖。
[0022]圖2為本實用新型的工作流程圖。
[0023]圖3為本實用新型壓力施加單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為本實用新型聲發(fā)射檢測單元信號處理示意圖。
[0025]圖5為本實用新型網(wǎng)絡(luò)接口電路圖。
[0026]圖6為本實用新型壓力監(jiān)測模塊信號處理示意圖。
[0027]圖7為本實用新型的信號調(diào)理單元和數(shù)據(jù)采集單元連接示意圖。
[0028]圖中:1-壓力施加單元，11-壓力施加臺體模塊，12-焊件裝夾模塊，13-壓力施加模塊，14-壓力監(jiān)測模塊，141-壓力電阻應(yīng)變片，142-壓力信號采集主機箱，143-試驗用計算機，2-焊接單元，3-聲發(fā)射檢測單元，31-聲發(fā)射傳感器，32-前置信號放大器，33-聲發(fā)射主機箱，34-計算機單元，4-焊件，41-焊縫。
【具體實施方式】
[0029]由附圖所示，本實用新型的工作原理:一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)，它結(jié)合可調(diào)拘束試驗、聲發(fā)射信號監(jiān)測的特點，設(shè)計一套以聲發(fā)射信號為監(jiān)測對象并在可調(diào)拘束試驗中進行試驗；在焊接的過程中給焊件施加穩(wěn)定的壓力并且實時記錄、儲存壓力的變化狀態(tài)，同時在壓力施加過程中焊件發(fā)生折彎并且產(chǎn)生焊接凝固裂紋，在凝固裂紋的產(chǎn)生與擴展過程中會伴著聲發(fā)射信號的產(chǎn)生，通過實時監(jiān)測焊接凝固裂紋產(chǎn)生聲發(fā)射信號，并且將相關(guān)的聲發(fā)射信號記錄并儲存；經(jīng)對該試驗中采集到的信號進行分析，以便能更加全面、科學(xué)的掌握焊接凝固裂紋的形成與擴展，為提高焊接質(zhì)量提供科學(xué)可靠的理論基礎(chǔ)和工藝參數(shù)；并且操作、使用方便，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，生產(chǎn)工藝簡單，制造成本較低，易于普及推廣。
[0030]參照附圖，本實用新型是這樣實現(xiàn)的:一種高速焊聲發(fā)射裂紋檢測系統(tǒng)，它包括壓力施加單元1、焊接單元2、聲發(fā)射檢測單元3、焊件4，所述壓力施加單元I包括壓力施加臺體模塊11、焊件裝夾模塊12、壓力施加模塊13、壓力監(jiān)測模塊14 ;所述焊件4經(jīng)焊件裝夾模塊12固定安裝于壓力施加臺體模塊11上，壓力施加模塊13相對于焊件4設(shè)置并與壓力施加臺體模塊11固定連接，該壓力施加模塊13能夠在焊接過程中穩(wěn)定的給焊件4施加壓力；所述焊接單元2相對于壓力施加臺體模塊11上的焊件4設(shè)置。
[0031]如圖1所示，本實用新型分為壓力施加單元1、焊接單元2、聲發(fā)射檢測單元3三個獨立單元；焊