[發明專利]等離子弧穿孔前后電弧溫差的焊接質量控制系統和方法

有效

• 申請號: 201810352488.2
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108544068B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 陳樹君;閆朝陽;蔣凡;董善文
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B23K37/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發明公開一種根據變極性等離子弧正反面電弧溫差的焊接質量表征及控制系統和方法，在焊接過程中，沿焊接方向用高速攝像同時拍攝整個等離子穿孔前后的電弧圖像，并在高速攝像與電弧圖像之間加上特定的窄帶濾光片。整個電弧圖像經過濾波，對稱化處理后用標準溫度法得出電弧穿孔前后的溫度，并計算出正反面的電弧溫度差，用于表征當前的焊接質量。另外，在焊接過程中，實時采集并計算電弧穿孔前后溫差并與合格焊接質量的電弧溫差比對，且實時調節當前焊接的電弧溫差至合格焊接質量溫差的誤差范圍內，從而實現對等離子弧焊接質量的實施表征及控制。

技術領域

本發明屬于焊接質量控制方法領域，尤其涉及一種根據變極性等離子弧正反面電弧溫差的焊接質量表征及控制系統和方法。

背景技術

變極性穿孔等離子弧是針對鋁合金而開發的新型高效的，零缺陷的焊接方法，其綜合了變極性TIG(非熔化極氣體保護焊)與等離子高能束的優點，合理分配電弧能量，在滿足熔化工件、清除工件表面氧化膜及排出焊接接頭內氣孔同時進行的情況下，最大限度地降低鎢電極的燒損，并能有效利用等離子束流所具有的高能量密度的特性，在焊接過程中形成穿孔熔池，實現鋁合金中厚板單面焊雙面成形。

焊接過程中，穿孔熔池作為其最為復雜的過程，對于焊接質量和焊接效率都有著重要的影響。國內外大量學者對穿孔熔池行為進行研究，表明各種焊接參數，如正反極性電流、離子氣流量、焊接速度、填絲速度等都跟穿孔熔池穩定性有著重要的聯系。因此，大量學者研究控制穿孔熔池穩定性以達到控制焊接質量的目的。但目前對穿孔熔池的穩定性沒有一個衡量標準，以及穿孔熔池的穩定性對焊接質量的評估沒有一個確定的標準。本發明基于一種等離子弧穿孔前后電弧溫差的焊接質量控制系統和方法，用以焊接過程中實時表征判斷焊接質量。根據前期大量試驗證明，在保證焊接質量的前提下，電弧的能量經過小孔熔池的吸收再拘束穿過小孔達到熔池背面；由于穩定焊接中穿過小孔需要的能量固定，所以被吸收的能量也較固定，以致穿孔熔池正反面電弧能量及電弧溫度差也存在一個固定范圍。基于此，可根據正反面電弧溫差來表征焊接質量。

本發明實現對焊接質量實時監控，避免只能在焊接結束后才能觀察焊接質量的缺陷，從而可以極大地提高焊接和生產效率，實現高質、高效焊接。

發明內容

本發明目的在于彌補在線表征穿孔等離子焊接質量方法的不足，提出一種等離子弧穿孔前后電弧溫差的焊接質量控制系統和方法，在焊接過程中，加上高速攝像與特定濾光片，實時記錄電弧正反面溫差，根據溫差判斷焊接質量。且此方法能適應與多種工作環境，實現焊接質量在線表征及控制，提升焊接合格率及生產效率。

基于一種等離子弧穿孔前后電弧溫差的焊接質量控制系統和方法，原理是在焊接過程中，在沿焊接方向加上一套視覺傳感系統，實時記錄等離子電弧正反面電弧形態及特征，并根據在線計算得出正反面電弧的溫差，動態分析，且實時調整焊接過程參數的穿孔等離子焊接質量的表征及控制。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種等離子弧穿孔前后電弧溫差的焊接質量控制系統，包括：變極性等離子焊接系統的等離子電源、等離子焊槍、冷卻水箱，電弧圖像采集及處理系統的高速攝像機、窄帶濾光片、圖像處理單元、工控機、顯示器，其中高速攝像機、窄帶濾光片與焊接工件固定于同一軸線，確保焊接過程中電弧形態處在高速攝像觀察窗之內，且確保電弧形態與焊接工件垂直以減少圖像處理過程的誤差；焊接過程中電弧穿孔前后圖像處理結果及電弧溫差同步顯示于顯示器界面，根據預先設定好的標準電弧溫差實時比對焊接過程中的電弧溫差，若焊接過程中溫差在誤差范圍內，則繼續焊接；若焊接過程中溫差超過預設的誤差范圍，則根據溫差的偏離，通過反饋系統發送相應信號至變極性等離子焊接系統，以調節相應焊接參數的動作，控制溫差至標準誤差范圍內；以此表征并控制變極性等離子焊接質量。