焊缝熔深检测方法

摘要

本发明提出一种焊缝熔深检测方法，它通过采用磁场检测探头沿着焊缝进行扫查，来检测焊缝处的磁感应强度，并通过信号采集器将磁感应强度转换成数字信号发送给控制器，控制器通过处理数据，通过分析焊缝的不同位置的磁感应强度来计算该位置的熔深，从而可以得到沿焊缝的各个位置的熔深的曲线，并将其在显示屏中进行显示，从而可以快速而简单地得到焊缝的熔深，检测效率高，可靠性高。

权利要求

1.一种焊缝熔深检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、通过磁场检测装置沿着焊缝移动并检测磁感应强度，检测方向为沿焊缝纵向扫查，将采集的数据画出曲线图，将该曲线定义为磁异常曲线，曲线的横坐标为扫查距离，纵坐标为磁感应强度，所述磁异常曲线中各点的数据为原始数据；

(2)、从磁异常曲线中求出该曲线中的极大值和极小值点，将这些点的坐标值求出，并按照横坐标从小到大的顺序进行排列；

(3)、求两两相邻极值点的中间点的坐标值，并从原始数据的首支和尾支中各选取一个数值作为起始点和终止点，并根据起始点和终止点以及两两相邻极值点之间的中间值运用样条插值方法进行计算，并得到数据组，所述起始点在所有中间点之前，所述终止点在所有中间点之后；

(4)、将步骤(3)中得到的数据组与步骤(3)中的起始点之前的原始数据以及终止点之后的原始数据进行组合重构，最终得到一个重构后的数据数组，再将该数据数组成像得到滤波后的磁异常曲线图；

(5)、将步骤(4)得到的磁异常曲线图中以焊缝起始位置的极小值点为起始，依次取两个相邻的极值点，在这两个相邻的极值点中取横坐标较小的极值点做第一切线，取横坐标较大的极值点做第二切线，并在曲线上两点之间的任意点做第三切线，然后将第三切线与第一切线交点的横坐标和第三切线与第二切线交点的横坐标之差记为d，根据公式h＝T-2*d*k，得到做第三切线的点处的熔深h，其中T为板的厚度，k为系数，板的厚度T可以测得，系数k根据材料的磁导率、密度以及导电率的不同另外测得；

(6)、根据做第三切线的点的不同分别得到不同测点的熔深h，根据得到的熔深h的数据得出熔深h随扫查距离的变化曲线。

2.根据权利要求1所述的焊缝熔深检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中的磁异常曲线是根据采集到的焊缝的各个点的磁感应强度数值，作为样条函数的节点，利用Matlab软件中的样条插值函数绘制出激光焊焊缝不同位置对应的磁感应强度的曲线。

3.根据权利要求1所述的焊缝熔深检测方法，其特征在于：所述磁场检测装置分为三种，分别为设有一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，设有两个磁通门传感器的第二磁场检测装置以及设有三个磁通门传感器的第三磁场检测装置。

4.根据权利要求3所述的焊缝熔深检测方法，其特征在于：若采集时使用一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，扫查时，将磁通门传感器正对着焊缝进行扫查，并将该磁通门传感器检测到的数据均看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

5.根据权利要求3所述的焊缝熔深检测方法，其特征在于：若采集时使用两个磁通门传感器的第二磁场检测装置，第二磁场检测装置中的两个磁通门传感器沿着焊缝的方向并排设置进行扫查，将两个磁通门传感器检测到的数据依次做差分后的值看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

6.根据权利要求3所述的焊缝熔深检测方法，其特征在于：若采集时使用三个磁通门传感器的第三磁场检测装置，第三磁场检测装置中的三个磁通门传感器呈三角布置，其中一个正对着焊缝，另两个设在焊缝的两边进行扫查，此时先将所述另外两个磁通门传感器采集到的值做差分之后，再和正对着焊缝的磁通门传感器采集到的值做差分，将最后得到的值看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

说明书

焊缝熔深检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及焊缝检测技术领域，具体讲是一种用于激光焊接的焊缝熔深检测方法。

背景技术

[0002] 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。随着激光焊接技术的普及，对于激光焊接中焊缝熔深的检测也成为了一个新的研究方向。焊缝熔深也指熔核深度，它是指母材熔化部的最深位与母材表面之间的距离。这个数据对于后续焊接质量的快速评估提供重要的参数，

[0003] 目前实验室里面检测激光焊接的熔深一般是采用切片法，即在焊缝处做切片，这样能够明显的观察到焊缝熔深，但是显然这种是一种破坏式的检测方法，只能作为试验时的验证来使用，而不能作为工业生产时的快速评估来用。而不破坏焊缝来检测焊缝的熔核深度就需要采用无损检测方法。现有技术中，无损检测的常用方法有超声检测法、涡流检测法、射线检测法、磁粉检测法、渗透检测法。

[0004] 超声检测是利用超声波与物体的相互作用所提供的信息来实现的。声波能在金属中传播。这种方法的不足之处是超声波在空气中衰减很快，检测时一般要有声波的传播介质，如油或水等耦合剂，检测效率较低。另一方面，超声检测对被检工件的厚度要求较高，而激光焊接技术常用于较薄的工件焊接，从这方面来看超声检测也不适用于激光焊焊缝检测。

[0005] 射线检测法是利用电离辐射与物质间相互作用所产生的物理效应(如辐射强度的变化、散射等)以探测工件内部不连续、结构或厚度等的无损检测方法。射线检测法主要对于体积型缺陷探伤具有较高的灵敏度。其对于裂纹受角度影响较大，故射线检测法适宜于体积性缺陷检测，而不适宜面积型缺陷检测。由于激光焊焊缝宽度较窄，一般常出现的缺陷为未焊透等面积型缺陷，故射线检测方法在激光焊焊缝检测上应用的可行性较低。

[0006] 涡流检测法是靠电磁感应原理工作的，所以涡流检测法可以检测工件的表面缺陷与近表面缺陷。涡流检测法的显著特点是对导电材料起作用，而不一定是铁磁材料，但对铁磁材料的效果较差。其次，待探工件表面的光洁度、平整度、边界等对涡流都有较大影响，因此常将涡流检测法用于形状较规则、表面较光洁的铜管等非铁磁性工件探伤，并不能用于激光焊焊缝检测。

[0007] 磁粉检测是检测缺陷处形成的漏磁通来探伤的，其只适用于铁磁材料，只有铁磁材料被磁化后，表面和近表面缺陷才能在工件表面形成漏磁通。同时漏磁检测中，磁化是实现检测的先决条件，它决定着被测对象能否产生出被测量和被分辨的磁场信号，同时也影响着检测信号的性能特征和测量装置的结构特征。漏磁检测的机理决定了检测装置的复杂性，也相应增加了检测系统的不可靠性。

[0008] 渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。常用于表面缺陷的检测，而很难检测出近表面的缺陷。故渗透检测也不适用于激光焊焊缝的检测。

[0009] 因此，目前急需一种操作简单方便，检测效率高，可靠性高的焊缝熔深检测方法。

发明内容

[0010] 本发明所要解决的技术问题是，克服了现有技术的缺陷，提供了一种操作简单方便，检测效率高，可靠性高的焊缝熔深检测方法。

[0011] 为解决上述技术问题，本发明提出一种焊缝熔深检测方法，它包括以下步骤：

[0012] (1)通过磁场检测装置沿着焊缝移动并检测磁感应强度，检测方向为沿焊缝纵向扫查，将采集的数据画出曲线图，该曲线为磁异常曲线，曲线的横坐标为扫查距离，纵坐标为磁感应强度，所述磁异常曲线中各点的数据为原始数据；

[0013] (2)从磁异常曲线中求出该曲线中的极大值和极小值点，得到这些点的坐标值，并按照横坐标从小到大的顺序进行排列；

[0014] (3)求两两相邻极值点的中间点的坐标值，并从原始数据的首支和尾支中各选取一个数据值作为起始点和终止点，并根据起始点和终止点以及两两相邻极值点之间的中间值运用样条插值方法进行计算，并得到数据组，所述起始点在所有中间点之前，所述终止点在所有中间点之后；

[0015] (4)将步骤(3)中得到的数据组与步骤(3)中的起始点之前的原始数据以及终止点之后的原始数据进行组合重构，最终得到一个重构后的数据数组，再将该数据数组成像得到滤波后的磁异常曲线图；

[0016] (5)将步骤(4)得到的磁异常曲线图中以焊缝起始位置的极小值点为起始，依次取两个相邻的极值点，在这两个相邻的极值点中取横坐标较小的极值点做第一切线，取横坐标较大的极值点做第二切线，并在曲线上两点之间的任意点做第三切线，然后将第三切线与第一切线交点的横坐标和第三切线与第二切线交点的横坐标之差记为d，根据公式h＝T-2*d*k，得到做第三切线的点处的熔深h，其中T为板的厚度，k为系数，板的厚度T可以测得，系数k根据材料的磁导率、密度以及导电率的不同另外测得；

[0017] (6)根据做第三切线的点的不同分别得到不同测点的熔深h，根据得到的熔深h的数据得出熔深h随扫查距离的变化曲线。

[0018] 采用上述方法后，通过磁场检测探头沿着焊缝进行扫查，来检测焊缝处的磁感应强度，并通过信号采集器将磁感应强度转换成数字信号发送给控制器，控制器通过处理数据，通过分析焊缝的不同位置的磁感应强度来计算该位置的熔深，从而可以得到沿焊缝的各个位置的熔深的曲线，并将其在显示屏中进行显示，从而可以快速而简单地得到焊缝的熔深，检测效率高，可靠性高。

[0019] 所述步骤(1)中的磁异常曲线是根据采集到的焊缝的各个点的磁感应强度数值，作为样条函数的节点，利用Matlab软件中的样条插值函数绘制出激光焊焊缝不同位置对应的磁感应强度的曲线。

[0020] 所述磁场强度检测装置分为三种，分别为设有一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，设有两个磁通门传感器的第二磁场检测装置以及设有三个磁通门传感器的第三磁场检测装置。

[0021] 若采集时使用一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，扫查时，将磁通门传感器正对着焊缝进行扫查，并将该磁通门传感器检测到的数据均看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

[0022] 若采集时使用两个磁通门传感器的第二磁场检测装置，第二磁场检测装置中的两个磁通门传感器沿着焊缝的方向并排设置进行扫查，将两个磁通门传感器检测到的数据依次做差分后的值看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

[0023] 若采集时使用三个磁通门传感器的第三磁场检测装置，第三磁场检测装置中的三个磁通门传感器呈三角布置，其中一个正对着焊缝，另两个设在焊缝的两边进行扫查，此时先将另外两个磁通门传感器采集到的值做差分之后，再和正对着焊缝的磁通门传感器采集到的值做差分，将最后得到的值看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

[0024] 本申请中磁场检测装置设有三组，对于只有一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，它的优点是对实时的磁感应强度信号的真实值还原度高，缺点是干扰信号对传感器采集的有效信号影响较大；对于有两个磁通门传感器的第二磁场检测装置，它采用两个磁通门传感器前后并排放置同时扫查，并在后续的数据处理部分对两个传感器采集到的信号进行差分处理，这样的好处是可以滤掉干扰信号，缺点是一定程度上也破坏了信号的实时性；对于有三个磁通门传感器的第三磁场检测装置，它是由三个传感器呈三角排布扫查，其中一个磁通门传感器负责采集实时的磁感应强度信号，而另外两个磁通门传感器负责采集环境中的磁感应强度信号，用于滤掉环境中的干扰信号，该方法虽综合了前两种方式的优势，但其实时性不如方式一好，滤掉焊缝上干扰信号的能力也不如方式二。本申请采用三种探头，可以方便用户根据实际需求更换探头，并且信号采集器上设有三个信号采集通道，可以根据需求选择信号采集通道的开启和关闭。

附图说明

[0025] 图1为本发明的所采用的焊缝熔深检测装置的结构示意图；

[0026] 图2为第一磁场检测装置的结构以及扫查的方式示意图；

[0027] 图3为第二磁场检测装置的结构以及扫查的方式示意图；

[0028] 图4为第三磁场检测装置的结构以及扫查的方式示意图；

[0029] 图5为实施例中步骤(1)得到的磁异常曲线图；

[0030] 图6为实施例中磁异常曲线中极值点的示意图；

[0031] 图7为中磁异常曲线中计算得到的中间值以及起始点和终止点的示意图；

[0032] 图8为步骤(3)中样条插值后得到的曲线图；

[0033] 图9为步骤(4)中重构后的曲线图；

[0034] 图10为切线示意图；

[0035] 图11为得到的熔深曲线示意图。

[0036] 如图所示：1、磁场检测装置，2、信号采集器，3、控制器。

具体实施方式

[0037] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0038] 如图1-图11所示，本发明所采用的焊缝熔深检测装置包括：

[0039] 磁场检测装置1，用于检测焊缝内部的磁感应信号；

[0040] 信号采集器2，与磁场检测装置通过信号线连接，用于将磁场检测装置检测到的磁感应强度信号的模拟量转换成数字量并传送给控制器；

[0041] 带有显示屏的控制器3，用于和信号采集器连接，将信号采集器采集到的信号转换成图像信号并显示。

[0042] 本发明提供了一种焊缝熔深检测方法，它包括以下步骤：

[0043] (1)通过磁场检测装置沿着焊缝移动并检测磁感应强度，检测方向为沿焊缝纵向扫查，将采集的数据画出曲线图，该曲线为磁异常曲线，曲线的横坐标为扫查距离，纵坐标为磁感应强度，所述磁异常曲线中各点的数据为原始数据；

[0044] 所述磁场检测装置分为三种，分别为设有一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，设有两个磁通门传感器的第二磁场检测装置以及设有三个磁通门传感器的第三磁场检测装置。

[0045] 图2所示：若采集时使用一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，扫查时，将磁通门传感器正对着焊缝进行扫查，并将该磁通门传感器检测到的数据均看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

[0046] 图3所示：若采集时使用两个磁通门传感器的第二磁场检测装置，第二磁场检测装置中的两个磁通门传感器沿着焊缝的方向并排设置进行扫查，将两个磁通门传感器检测到的数据依次做差分后的值看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

[0047] 图4所示：若采集时使用三个磁通门传感器的第三磁场检测装置，第三磁场检测装置中的三个磁通门传感器呈三角布置，其中一个正对着焊缝，另两个设在焊缝的两边进行扫查，此时先将另外两个磁通门传感器采集到的值做差分之后，再和正对着焊缝的磁通门传感器采集到的值做差分，将最后得到的值看作有效数据，供制作步骤(1)中的磁异常曲线使用。

[0048] 所述步骤(1)中的磁异常曲线是根据采集到的焊缝的各个点的磁感应强度数值，作为样条函数的节点，利用Matlab软件中的样条插值函数绘制出激光焊焊缝不同位置对应的磁感应强度的曲线。图5为一个实施例中扫查后得到的磁异常曲线图，图中横坐标为扫查距离，纵坐标为磁感应强度。图中有塌陷的部分为激光焊中有缺陷部分的磁感应强度，激光焊中的缺陷部分的检测如果不被滤除，那么最终计算得到的熔深的数值则不准确，因此需要过滤掉缺陷部分。

[0049] (2)从磁异常曲线中求出该曲线中的极大值和极小值点，将这些点的坐标值求出，并按照横坐标从小到大的顺序进行排列；如图6所示，图中，(A、B、C、D、E、F、G)这7个点均为极值点，由于A点处属于未焊接区域，因此将A点舍去，那么就得到(B、C、D、E、F、G)这6个点的坐标值。

[0050] (3)求两两相邻极值点的中间值的坐标值，并从原始数据的首支和尾支中各选取一个数据值作为起始点和终止点，并根据起始点和终止点以及两两相邻极值点的中间值运用样条插值方法进行计算，并得到数据组；如图7所示：b点为B、C两点的中间点，c点为C、D两点的中间点，d为D、E两点的中间点，e为E、F两点的中间点，f为F、G两点的中间点，求得这些中间点的坐标值，并从原始数据中选取两个数据值作为起始点和终止点，本实施例中选择B点之前的a点为起始点，选择G点之后的g点作为终止点，然后根据(a、b、c、d、e、f、g)这7个点运用样条插值方法得到数据组并得到曲线，如图8所示。

[0051] (4)将步骤(3)中得到的数据组与步骤(3)中的起始点之前的原始数据以及终止点之后的原始数据进行组合重构，最终得到一个重构后的数据数组，再将该数据数组成像得到滤波后的磁异常曲线图；即将步骤(3)中的数据组和a点之前的原始数据以及g点之后的原始数据进行组合，然后将组合重构的数据数组成像得到滤波后的磁异常曲线图；如图9所示。

[0052] (5)将步骤(4)得到的磁异常曲线图中以焊缝起始位置的极小值点为起始，依次取两个相邻的极值点，在这两个相邻的极值点中取横坐标较小的极值点做第一切线，取横坐标较大的极值点做第二切线，并在曲线上两点之间的任意点做第三切线，然后将第三切线与第一切线交点的横坐标和第三切线与第二切线交点的横坐标之差记为d，根据公式h＝T-2*d*k，得到做第三切线的点处的熔深h，其中T为板的厚度，k为系数，板的厚度T可以测得，系数k根据材料的磁导率、密度以及导电率的不同另外测得；在本实施例中，所述k取值为1/
20。

[0053] 举例说明，如果要计算焊缝起始位置的极小值点与第一个极大值即B点之间的每个点的熔深h时，则以焊缝起始位置的极小值的点做第一切线，以B点做第二切线，并在两点之间的任意一点做第三切线，将第三切线与第一切线交点的横坐标和第三切线与第二切线交点的横坐标之差记为d1，则该点的熔深h＝T-2*d1*k。这样就可以得到焊缝起始位置到第一个极大值之间的任意点的熔深h。

[0054] 如果要计算第一个极大值点和图8中下一个极小值点之间的任意点的熔深h时，则以第一个极大值点做第一切线，以下一个极小值点点做第二切线，并在两点之间的任意一点做第三切线，将第三切线与第一切线交点的横坐标和第三切线与第二切线交点的横坐标之差记为d2，则该点的熔深h＝T-2*d2*k。

[0055] 依次类推。可以得到图8中磁异常曲线中每个点的熔深h。在实际画图中，不需要检测所有点的熔深h，只需要进行取样即可。

[0056] (6)根据做第三切线的点的不同分别得到不同测点的熔深h，根据得到的熔深h的数据得出熔深h随扫查距离的变化曲线。

[0057] 采用上述方法后，通过磁场检测探头沿着焊缝进行扫查，来检测焊缝处的磁感应强度，并通过信号采集器将磁感应强度转换成数字信号发送给控制器，控制器通过处理数据，通过分析焊缝的不同位置的磁感应强度来计算该位置的熔深，从而可以得到沿焊缝的各个位置的熔深的曲线，并将其在显示屏中进行显示，从而可以快速而简单地得到焊缝的熔深，检测效率高，可靠性高。

[0058] 本申请中磁场检测装置设有三组，对于只有一个磁通门传感器的第一磁场检测装置，它的优点是对实时的磁感应强度信号的真实值还原度高，缺点是干扰信号对传感器采集的有效信号影响较大；对于有两个磁通门传感器的第二磁场检测装置，它采用两个磁通门传感器前后并排放置同时扫查，并在后续的数据处理部分对两个传感器采集到的信号进行差分处理，这样的好处是可以滤掉干扰信号，缺点是一定程度上也破坏了信号的实时性；对于有三个磁通门传感器的第三磁场检测装置，它是由三个传感器呈三角排布扫查，其中一个磁通门传感器负责采集实时的磁感应强度信号，而另外两个磁通门传感器负责采集环境中的磁感应强度信号，用于滤掉环境中的干扰信号，该方法虽综合了前两种方式的优势，但其实时性不如方式一好，滤掉焊缝上干扰信号的能力也不如方式二。本申请采用三种探头，可以方便用户根据实际需求更换探头，并且信号采集器上设有三个信号采集通道，可以根据需求选择信号采集通道的开启和关闭。

[0059] 从上述表述中可知，本发明并不限制磁场检测装置的类型和结构，但是凡应用本方法来得到焊缝熔深的则均应在本申请保护范围之内。