[发明专利]钛合金电弧焊熔池表面温度场测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种钛合金电弧焊熔池表面温度场测量装置和方法，将工业检测红外热像仪和热电偶结合应用到钛合金电弧焊熔池表面温度场测量中，能够获取熔池热影响区表面定点的辐射率值。其次，还提出了一种计算熔池表面辐射率的方法，结合定点所得辐射率值求解位于定点与熔池中心之间区域的辐射率，进而获得各点温度，极大的减小了实验量，且可准确、全面获取钛合金焊接熔池表面温度场信息。

技术领域

本发明涉及熔池表面温度场测量技术领域，更具体的说是涉及一种钛合金电弧焊熔池表面温度场测量装置和方法。

背景技术

钛合金广泛应用于航空航天、汽车、石油化工、核电、发电等行业，其强度与韧性的良好结合使其与结构材料一样具有吸引力。目前常用的钛合金为Ti-6Al-4V，为高温下的稳定相。但在加热过程中，其晶粒长大显著，会降低其力学性能。因此，熔池温度对Ti-6Al-4V焊接非常重要，也是了解电弧物理和冶金过程的关键。热电偶在焊接过程中用于温度测量已有几十年的历史，但热电偶在焊接过程中经常受到测量范围、温度场破坏、熔池内流体堵塞等问题的困扰。在焊接过程中，采用辐射测温法进行非接触测温是一种先进而有效的方法。红外技术在制造过程中对结构完整性和质量控制具有强大的功能。从20世纪80年代到现在，在线焊缝渗透监测是红外技术的主要应用，TIG焊接熔深在线监测中，证明了表面温度剖面与熔深之间存在线性关系。近10年来，红外技术越来越多地应用于熔池温度的测量，红外摄像机可有效的测量低熔点材料的温度，并可用于验证聚合物焊接温度场。但焊接过程中，熔池温度普遍较高，在加热过程中，母材的辐射率随着温度的升高而降低。因此，表面温度测量的精度取决于辐射率的估计和温度的标定，由于辐射率是温度的函数，且表面辐射率的变化需要实验量化，这使得表面温度的测量比较复杂。Rodriguez E采用原位红外成像技术，利用电子束熔融法逐层进行温度采集。FarshidianfarM H采用闭环反馈控制器对红外图像进行校正，并对不锈钢熔池温度进行了标定。通常，不同金属或合金在不同条件下的经验数据库对初始辐射率的标准化非常重要。然后利用Stefan-Boltzmann定律计算出变化的辐射率和真实温度，在弧焊和增材制造过程中需要热电偶对红外摄像机进行标定。NConiglio提出了平板法用于描述某一温度下熔池辐射与黑体辐射的关系，但实验忽略了温度变化对钢液辐射率的影响。红外双色高温法是一种先进的记录不锈钢熔池表面温度的方法，但是其精度取决于光路和仪器质量。综上，上述方案对熔池表面温度进行测量的方法都存在着一定的局限性，导致测量结果不准确。

因此，如何提高熔池表面温度测量准确度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钛合金电弧焊熔池表面温度场测量装置和方法，能够有效提高熔池表面温度测量准确度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛合金电弧焊熔池表面温度场测量装置，包括：热电偶和红外热像仪；

所述热电偶设置在所述熔池热影响区表面，且靠近所述红外热像仪的一侧，所述热电偶用于测量熔池热影响区表面定点温度；

所述红外热像仪对准焊枪喷嘴底部钨极与熔池靠近处，用于拍摄红外图像，进而得到红外热像仪图像测得的温度。

优选的，包括：所述红外热像仪上安装有衰减滤镜。

一种钛合金电弧焊熔池表面温度场测量方法，包括：

1)根据热电偶测量得到的一个定点温度，以及红外热像仪测量得到的温度确定该定点的辐射率a_ij；其中，所述定点位于距离熔池中心10mm处；