[發(fā)明專利]一種檢測(cè)脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610025380.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN105458459B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石玗;李春凱;顧玉芬;杜雷明;朱明;樊丁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/095
• 分類號(hào): B23K9/095
• 代理公司: 北京市邦道律師事務(wù)所11437
• 代理人: 段君峰,于利曉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)化焊接的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測(cè)脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的方法及裝置。

背景技術(shù)

脈沖鎢極氬弧焊是一種利用脈沖電流進(jìn)行焊接的方法，已廣泛應(yīng)用于許多重要的結(jié)構(gòu)件的焊接。焊接過程中會(huì)在焊件上形成具有一定幾何形狀的液態(tài)金屬部分，即熔池。在焊接過程中的脈沖峰值階段，熔池表面受到電弧力作用發(fā)生壓縮變形，脈沖峰值階段結(jié)束后進(jìn)入脈沖基值階段，由于脈沖基值階段的焊接電流變小，脈沖電弧力突然減小，熔池表面在由表面張力、熔池液態(tài)金屬重力及熔池內(nèi)部液態(tài)金屬對(duì)流力的合力提供的彈性恢復(fù)力作用下發(fā)生表面振蕩。

焊縫熔透狀態(tài)是指焊縫的背面熔寬量，即焊縫背面的寬度，焊縫的熔透狀態(tài)對(duì)焊縫的力學(xué)性能具有決定性影響，所以實(shí)現(xiàn)焊縫熔透狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制對(duì)提高生產(chǎn)效率和保證焊接質(zhì)量具有重要意義。對(duì)焊縫熔透狀態(tài)進(jìn)行控制時(shí)，首先要檢測(cè)熔池振蕩頻率。

現(xiàn)有檢測(cè)熔池振蕩頻率的方法的原理為：熔池振蕩時(shí)會(huì)引起電弧電壓或電弧弧光信號(hào)的變化，所以先檢測(cè)電弧電壓或電弧弧光信號(hào)，然后將檢測(cè)到的電弧電壓或電弧弧光信號(hào)作為熔池振蕩的時(shí)域信號(hào)，再對(duì)電弧電壓或電弧弧光信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換以得到熔池振蕩頻率。現(xiàn)有檢測(cè)熔池振蕩頻率的方法的缺點(diǎn)有：1，由于電弧電壓或電弧弧光信號(hào)本身的精度較低，導(dǎo)致根據(jù)電弧電壓或電弧弧光信號(hào)得到的熔池振蕩頻率準(zhǔn)確度較低；2.由于熔池表面受激產(chǎn)生振蕩時(shí)在垂直方向上振蕩幅度很小，特別是在連續(xù)焊接(工件與焊槍之間有相對(duì)位置變化的焊接方式)時(shí)，由于工件與焊槍之間有相對(duì)位置變化，導(dǎo)致電弧中心點(diǎn)發(fā)生偏移，電弧力產(chǎn)生其他方向的分力，使垂直方向的電弧力變小，導(dǎo)致熔池振蕩時(shí)在垂直方向上的振幅更小，由熔池振蕩引起的電弧電壓或電弧弧光信號(hào)也更小，且信噪比低，因此目前檢測(cè)熔池振蕩頻率的方法不能應(yīng)用于連續(xù)焊接，只能適用于定點(diǎn)(工件與焊槍沒有相對(duì)位置變化的焊接方式)焊接。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決目前檢測(cè)熔池振蕩頻率的方法準(zhǔn)確率較低且不能應(yīng)用于連續(xù)焊接的問題，本發(fā)明提出一種檢測(cè)脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的方法及裝置，以提高檢測(cè)熔池振蕩頻率的準(zhǔn)確度，且能夠適用于連續(xù)焊接。

本發(fā)明檢測(cè)脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝置包括激光器、激光器固定架、濾光片、硅光電池陣列、硅光電池陣列固定架、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集卡分別與所述數(shù)據(jù)處理模塊和所述硅光電池陣列連接；所述濾光片貼于所述硅光電池陣列表面；使用所述檢測(cè)脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝置時(shí)，所述激光器固定于所述激光器固定架上，所述硅光電池陣列固定于所述硅光電池陣列固定架上，且所述激光器與所述硅光電池陣列分居焊槍兩側(cè)，以使所述激光器發(fā)射的激光束照射于熔池表面，并經(jīng)該熔池表面反射到所述硅光電池陣列上，所述數(shù)據(jù)采集卡用于采集所述硅光電池陣列輸出的矩陣電壓信號(hào)并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理模塊，該數(shù)據(jù)處理模塊用于將所述矩陣電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成熔池振蕩時(shí)域信號(hào)，并對(duì)該時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換以得到熔池振蕩頻率。

其中，還包括衍射光柵，該衍射光柵位于所述激光器前側(cè)，所述激光器發(fā)射的激光束經(jīng)過所述衍射光柵照射于熔池表面。

其中，所述硅光電池陣列垂直于焊接工件，所述激光器與所述焊槍的軸線位于同一平面，且該平面與所述硅光電池陣列垂直。

其中，所述硅光電池陣列響應(yīng)波長(zhǎng)的中心波長(zhǎng)與所述激光器發(fā)射的激光束的中心波長(zhǎng)的偏差小于10nm。

其中，所述濾光片的中心波長(zhǎng)與所述激光器發(fā)射的激光束的中心波長(zhǎng)及半帶寬的偏差小于10nm。

其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括閥值單元、二值化單元和求和單元，所述二值化單元分別與所述閥值單元和所述求和單元連接，所述閥值單元用于設(shè)定閥值i為45mv，所述二值化單元用于將所述數(shù)據(jù)采集卡采集到的所述硅光電池陣列輸出的矩陣電壓信號(hào)進(jìn)行二值化，所述求和單元用于將二值化后的矩陣電壓信號(hào)中的所有元素求和，該求得的和即為熔池振蕩時(shí)域信號(hào)。

本發(fā)明還提出一種焊接系統(tǒng)，包括上述的檢測(cè)脈沖鎢極氬弧焊熔池振蕩頻率的裝置，還包括變頻器控制柜、工作平臺(tái)、脈沖鎢極氬弧焊焊接電源和焊槍，該變頻器控制柜分別與所述數(shù)據(jù)采集卡和所述工作平臺(tái)連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于將移動(dòng)速度信號(hào)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集卡，該數(shù)據(jù)采集卡用于接收該移動(dòng)速度信號(hào)并發(fā)送給所述變頻器控制柜，該變頻器控制柜根據(jù)接收到的所述移動(dòng)速度信號(hào)控制所述工作平臺(tái)的移動(dòng)速度；焊接工件放置在所述工作平臺(tái)上，所述脈沖鎢極氬弧焊焊接電源將所述焊接工件與所述焊槍相連形成回路。