基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置

1051 编辑：中冶有色技术网来源：国网新源控股有限公司抽水蓄能经济研究院

2024-06-20 14:13:01

权利要求书：

1.一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置，其特征在于带有无线传输数据功能的红外热像仪（1）固定于竖直平面角度调整装置（9）上，进而实现红外热像仪（1）平面角度的调整；活动卡具（10）与竖直平面角度调整装置（9）通过转动销相连，同时活动卡具（10）通过转动销与第一支臂（2）相连，进而可以实现活动卡具（10）的小范围的平面调节；第一支臂（2）通过转动销轴与第二支臂（3）相连，进而实现第一支臂（2）的上下移动；第二支臂（3）与第三支臂（4）通过转动销轴相连，进而实现第二支臂（3）的上下移动；第三支臂（4）与水平平面角度调整装置（12）相连，进而实现第三支臂（4）的固定与平面角度调整旋转；水平平面角度调整装置（12）与支撑杆（5）相连，支撑杆（5）固定在底板（7）上；通过上述结构进而实现红外热像仪（1）测量区域的调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置，其特征在于固定轴（6）与限位环（11）固定在底板（7）上，滚动齿轮（8）固定在固定轴（6）上。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置，其特征在于柔性轨道（13）通过磁吸夹具（14）相连，并由磁力控制器（15）控制磁力产生与退磁。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置，其特征在于柔性轨道（13）、磁吸夹具（14）以及滚动齿轮（8）相结合，来实现红外热像仪（1）的移动，从而进行沿轨道焊接区域的温度测量。

5.根据权利要求1所述的一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置，其特征在于具有无线传输数据功能的红外热像仪（1）可以将测温数据实时同步于计算机中，通过专用软件进行焊接预热与焊接温度的实时监测。

说明书：一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置技术领域[0001] 本实用新型涉及一种焊接预热温度与层间温度的监测方法与装置，尤其适用于冷裂纹倾向较大的高强钢、以及表面存在曲率的构件在焊接过程中非接触、可视化、实时的焊接预热与层间温度监测。背景技术[0002] 对于低合金高强钢，当材料壁厚超过一定厚度或屈服强度超过600MPa时，由于材料自身特性，材料的冷裂纹倾向较大，冷裂纹的产生会对焊接件的结构安全造成影响。为了避免产生冷裂纹，一般在焊前对坡口两侧各75?100mm的范围内进行预热，同时控制焊接层间温度，防止因焊接接头冷却速度过快进而产生冷裂纹。[0003] 目前，焊接预热温度与层间温度的测量方法主要为接触式的热电偶测温法与非接触式的红外测温法两种。在高强钢的焊接过程中，由于高强钢表面禁止钻孔，无法采用钻孔后埋入热电偶的方式进行测温，仅能使用表面接触式热电偶进行测量，同时在测量表面存在曲率的构件时，即使采用磁吸式热电偶，表面贴合效果也较差，导致测温效果不佳。大型构件焊前预热时，由于预热范围较大，部分区域温度可能不满足焊接工艺要求。采用热电偶测温法进行温度监测的过程中，需要布置大量热电偶，且位于焊道的热电偶，需要在焊接前进行拆除，影响焊接人员操作效率。而红外测温法通过材料的辐射能量来表征材料的能量状态，不受表面曲率的影响，但传统的红外测温枪仅能对点状区域的温度进行，而使用红外热像仪可以对大范围的焊接区域进行实时、可视化的温度监测，从而及时发现温度异常区域。因此，提供一种可以大范围、可视化、实时的焊接温度在线监测装置对于高强钢实施精细化焊接质量保证具有重要的工程价值。

实用新型内容

[0004] 本实用新型提出了一种适用于焊前预热与层间温度的可视化、实时在线监测系统，旨在解决目前大型高强钢构件在焊接预热与层间温度监测过程中无法进行大范围、可视化的实时温度监测难题。[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置，由测温模块、机械模块、运动模块与柔性轨道模块组成。其中测温模块由内嵌无线传输装置与运动轨迹记录装置的红外热像仪组成，可以将所测量数据无限传输至计算机，通过专用软件可以处理红外热像仪所拍摄视场的温度结果，对特定区域以及大范围的焊接过程进行温度监测。[0006] 机械模块由活动卡具、多轴支架、平面角度调节装置以及支架固定装置组成，红外热像仪通过平面角度调节装置、活动卡具与多轴支架相连，进而调整红外热像仪的测量区域。运动模块由固定在机械模块的限位环、固定轴与滚动齿轮组成。[0007] 柔性轨道模块由柔性轨道以及磁吸夹具组成。滚动齿轮与外接电动机相连，可以结合实际焊接速度调整装置整体的运动速度，从而对即将施焊区域的预热温度与层间温度进行实时监测。[0008] 与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：[0009] 1.本实用新型通过多轴支架与平面角度调节装置可以对红外热像仪的位置进行调整，进而改变红外热像仪测量区域。[0010] 2.通过滚动齿轮、外接电动机与柔性轨道可以使测温装置沿轨道路径进行温度测量，进而实现对即将施焊区域的预热温度与层间温度的监测，同时结合红外热像仪的运动轨迹记录模块，实现测量位置与温度数据的对应。[0011] 3.测量区域的位置与温度数据通过无线传输装置记录在电脑中，通过专用软件可以读取任意运动位置所测量视场中各位置的温度数据，对焊接生产过程中的质量控制数字化以及可追溯性提供了手段与依据。附图说明[0012] 图1是本实用新型测温装置测温模块、机械模块与运动模块的整体结构正视图。[0013] 图2是本实用新型测温装置测温模块、机械模块与运动模块的整体结构侧视图。[0014] 图3是本实用新型测温装置测温模块、机械模块与运动模块的整体结构斜视图。[0015] 图4是本实用新型测温装置柔性轨道模块的整体结构示意图。[0016] 图5为本实用新型测温装置所测量焊件的整体温度云图以及手动添加的温度监测线的位置以及该监测线上的温度测量特征结果示意图。[0017] 图6为本实用新型测温装置沿图5中监测线所测得的温度结果。[0018] 图7为本实用新型测温装置所测量焊件的整体温度云图以及在手动添加的矩形温度监测区域的位置与该区域的温度测量特征结果示意图。[0019] 图中标记说明：1?红外热像仪、2?支臂、3?支臂、4?支臂、5?支撑杆、6?固定轴、7?底板、8?滚动齿轮、9?平面角度调整装置、10?活动卡具、11?限位环、12?平面角度调整装置、13?柔性轨道、14?磁吸夹具、15?磁力控制器。

具体实施方式[0020] 下面结合附图对本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案具体实施过程做详细说明：[0021] 如图1至图7所示，本实用新型中一种基于红外热像仪的焊接预热温度与层间温度监测装置主要由测温模块、机械模块、运动模块以及柔性轨道模块组成。[0022] 测温模块由具有运动轨迹记录模块与无线传输数据功能的红外热像仪1组成。[0023] 机械模块由第一支臂2、第二支臂3、第三支臂4、支撑杆5、竖直平面角度调整装置9、12与活动卡具10组成，其中红外热像仪1与竖直平面角度调整装置9相连，可以使红外热像仪1实现角度的变换；活动卡具10与竖直平面角度调整装置9相连；活动卡具10通过转动销与第一支臂2相连，进而可以实现活动卡具10的小范围平面调节；第一支臂2通过转动销轴与第二支臂3相连，进而实现第一支臂2的上下移动；第二支臂3与第三支臂4通过转动销轴相连，进而实现第二支臂3的上下移动；第三支臂4与水平平面角度调整装置12相连，进而实现第三支臂4的固定与平面旋转；水平平面角度调整装置12与支撑杆5相连。支撑杆5与底板7相连。

[0024] 运动模块由固定轴6、限位环11、滚动齿轮8组成，滚动齿轮可以通过外接电动机实现滚动。[0025] 柔性轨道模块由柔性轨道13、磁吸夹具14以及磁力控制器15组成，轨道可以根据测量范围进行延长。[0026] 实施例一：当测量固定焊接区域的预热温度与层间温度时，仅需要测温模块、机械模块以及磁吸夹具，底板7固定在磁吸夹具14上，通过调整竖直平面角度调整装置9、第一支臂2、第二支臂3以及水平平面角度调整装置12，使红外热像仪1的测量视场包含测量区域，进而在预热与焊接过程中对测量区域的温度进行同步记录，同时借助专用软件对特定位置与区域进行温度监测。自选监测线上的温度结果如图5与图6所示，自选监测面上的温度结果如图7所示，同时还可以将低于或高于预热与层间温度时的色阶设定为特定颜色，进而通过可视化的测试结果对温度异常的区域快速进行区分。[0027] 实施例二：当测量大范围焊接区域的预热温度与层间温度时，需要使用测温模块、机械模块、运动模块与柔性轨道模块，滚动齿轮8与柔性轨道13相连并通过磁吸夹具14固定，通过调整竖直平面角度调整装置9、第一支臂2、第二支臂3以及水平平面角度调整装置12，使红外热像仪1的测量视场包含测量区域，在测温前将测温装置沿柔性轨道13进行空走，通过红外热像仪1中的运动轨迹记录模块形成测温区域的实际轨迹记录，随后返回原点，将外接电动机的运动速度调整至与焊接速度同步，进而实现测温位置与测温结果的同步监测与记录。