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ౠ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ﷺ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ꦍ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。以下黄金城将结合图示💙，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𒐪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，黄金城开发了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 ൲Measurement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𓃲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♛ꦗ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。
