快速准确地测量焊缝复杂3D形状的方法
焊接是在2个材料（母材）的接合部，使用热量或压力等能量，将两个材料或再添加焊材，接合成一个整体的方法。此时在焊接部分（焊接隆起的部分）形成的焊缝，是与接合强度、产品质量密切相关的重要部位。根据焊缝的形状，可评估焊接是否正确、是否有缺陷和不良。但是，为了准确评估焊缝，需要对其复杂的三维形状实施定量测量，此时存在各种课题。
下面将解说焊缝的基础知识、简单快速准确地测量焊缝3D形状的方法。
何谓焊缝
焊缝是指当通过电弧焊接、激光焊接等各种焊接方法接合母材时，接合部分表面如同年糕条般呈凸起形状的部分。由于焊缝是带状，也称为带状加工。
在配管等金属管的制造中，辊轧成型后通过高频焊接将母材结合，焊接部分会形成焊缝。其它各种方法的焊接中，金属与母材熔融接合的部分即使呈几乎没有起伏的形状，也称为焊缝。
适合的焊缝尺寸和形状
下面将解说较具代表性的一种焊接方法，即电弧焊接形成的焊缝形状。
焊缝应符合尺寸规定，形状正确。
焊缝尺寸的规定和形状
焊缝的尺寸已得到标准化。通过满足这些条件，可获得适合的焊缝形状。除了在开发和设计阶段的考虑之外，还必须注意在工序中是否满足条件。
焊缝的最小厚度“喉厚”、母材熔融部分顶点至母材表面的长度“熔深”等焊接部截面的尺寸均有规定。
而且，可从外观了解的尺寸规定项目有，从接合根部处的焊接根部至焊缝焊趾的最小长度“焊脚长度”。例如下图中的角焊，判断合适的焊缝宽度的基准是，焊脚长度是否达到较薄母材板厚度80％以上。例如，当较薄母材板厚度为20 mm时，焊脚长度必须达到16 mm左右，由此确定焊缝宽度。焊脚长度示例如下图。
焊缝尺寸和电流量
在电弧焊接中，焊接时的电流量是影响焊缝尺寸的因素之一。电流越大，焊缝尺寸越大，当电流小时，形成形状较小的焊缝。若焊缝不满足规定尺寸和形状，则必须重新调整电流量、焊炬移动速度等各种焊接条件。
焊缝形状的缺陷和不良
除尺寸以外，焊缝表面形状（外观）上还需注意缺陷和不良。以下888集团电子游戏官方网站将结合图示，解说焊缝的代表性缺陷和不良现象及原因。
搭叠
- 【现象】
- 搭叠是指，溢出到母材表面的熔融金属，在未熔融母材的状态下冷却凝固成焊缝的状态。
- 【发生原因】
- 焊接速度过慢时，导致焊接金属量过大，从而发生该现象。此外，若在角焊中发生，过剩的熔融金属会因重力而向下垂淌。
-
余高不够
- 【现象】
- 余高定义为“在坡口上或角焊中从表面隆起超过必要尺寸的焊接金属”。
- 【发生原因】
- 原因是焊接条件（电流量和速度）不合适，由此引起该现象。
-
咬边
- 【现象】
- 咬边定义为“在母材或已焊接部分上方重复焊接时产生的焊趾凹槽”。
- 【发生原因】
- 通常是由于焊接电流过大或焊接速度过快等导致。
-
凹痕
- 【现象】
- 凹痕也被称作“开口缺陷”，是指焊接金属内部产生的气孔在释放到焊缝表面时，形成空洞并凝固的表面缺陷。此外，留在焊缝内部的气孔，则是被称为“气孔”的内部缺陷。
- 【发生原因】
- 可能是保护气体不良或脱氧剂不足、母材坡口面的油分、锈蚀、镀层等表面附着剂、材料含水量等。
-
- A
- 凹痕
- B
- 气孔
裂纹（焊缝或母材的表面）
- 【种类和现象】
- 裂纹是指受焊接刚结束时的高温影响，在焊接部分产生的裂痕。大致可分为“凝固裂纹”和“液化裂纹”，凝固裂纹是在凝固时产生的裂纹。液化裂纹则是在多层焊接时，上一焊接层在后续焊接中被熔化而导致的裂纹。此外，根据发生位置及形状，还可以分为“纵向裂纹”、“焊趾裂纹”、“横向裂纹”、“环形裂纹”等。
-
- A
- 纵向裂纹
- B
- 焊趾裂纹
- C
- 横向裂纹
- D
- 环形裂纹
除了可从形状和外观了解的缺陷与不良以外，还有影响接合强度的缺陷与不良，例如热量不足导致熔化量相对于必要熔深显得不足的“融入不足”，以及部分熔融金属未熔入母材的“融合不良”等。这些都是内部缺陷，必须用截面样品进行验证等。
焊缝形状测量的课题解决方法
为保证焊缝质量，检测必不可少。通过目视与良品样品或量具相比较需要高水平的技能和大量时间，判断也可能因人而异。此外，在多数情况下，在线自动检测装置在系统和精度方面不适合用于研究开发阶段和焊接条件设定的测试、抽取检测、少量多品种的全数检测等目的。
为解决这些焊缝测量课题，888集团电子游戏官方网站开发了3D轮廓测量仪“VR系列”。
以非接触的方式，以面为单位来准确捕捉目标物的3D形状。此外，最快1秒完成载物台上目标物的3D扫描，高精度地测量三维形状。因此，测量结果不会产生偏差，可瞬间实施定量测量。下面具体介绍这些优点。
优点1：最快1秒。用“面”一并取得目标物整体的3D形状。
“VR系列”可在最快1秒内获取面数据（一键80万点数据）。由此可快速、高精度地测量复杂的焊缝三维形状，进行定量评估。
用彩色图简单易懂地显示最大和最小凹凸，便于判断不良位置。还能指定不良部分等各个位置，获取详细的轮廓数据。
测量后不必再次安装目标物，可从以往经3D扫描后的数据获取其它位置的轮廓数据。此外，还可对多个目标物的测量数据进行排列比较，或将目标条件统一应用至多个数据。由此，飞跃性地缩短了工时，提升了业务效率。
优点2：操作简单，新手也能取得无偏差的测量值
将目标物放置到载物台上，通过只需按下按钮的简单操作，即可测量3D形状。根据目标物的特征数据自动完成位置补正，因此无需严格的水平调整和定位。此外，还配备了“Smart Measurement功能”，可判断目标物的大小，并自动设定测量范围和移动载物台，免去了设定测量长度和Z范围等麻烦。
通过使用丰富的辅助工具，可直观地设定目标测量内容。
除简单设定外，还实现了新手也能得心应手的简单操作，因此，即使是对测量不熟练的人员，也能在最快1秒内准确完成测量。因此，不仅适合研究开发和条件设定的测试，增加产品测量数和检测数也易如反掌。
总结：对难以准确测量的焊缝形状测量进行飞跃性改善和高效化
采用“VR系列”，可通过高速3D扫描，以非接触的方式迅速、准确地测量目标物的3D形状。掌握焊缝的三维尺寸和复杂的凹凸形状、判断缺陷和不良等困难的测量项目，也可在最快1秒内完成。解决了测量存在的各类课题。
- 利用彩色图，使焊缝的异常部位可视化。
- 只要扫描过一次，即可在各个位置测量轮廓、比较多个数据等。
- 无需定位等操作，实现只需在载物台上放置目标物后按下按钮的简单操作。避免了配置专人执行测量作业。
- 简单、快速、高精度地测量3D形状，因此可在短时间内完成多次测量。有助于提升质量。
- 消除了人为导致的测量值偏差，实现定量测量。
另外，还能进行简单数据分析，例如与CAD数据的比较、公差范围内的分布等，因此可有效应用于研究开发、焊接条件设定、抽取检测、小批量产品的全数检测、趋势分析等各种用途。
