[發明專利]一種連續脈沖鎢極氬弧焊臨界熔透控制方法、裝置與系統

在審

• 申請號: 201911356200.X
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111331229A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 李春凱;席保龍;石玗;顧玉芬;張恒銘;朱明
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/32
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種連續脈沖鎢極氬弧焊臨界熔透控制方法、裝置及系統。本發明方法包括：S1、對實時所獲取的每個脈沖周期內基值階段熔池振蕩時域信號進行快速傅里葉變換，并獲取熔池振蕩頻率的波峰個數和波峰頻率特征值；S2、利用波峰個數與波峰頻率特征值的反饋量判斷傳感焊縫熔透狀態，并實時調整焊接電流控制焊縫臨界熔透狀態。本發明裝置包括PCI板卡、信號分析模塊、控制模塊、熔池振蕩傳感器，信號分析模塊、控制模塊與上述方法步驟對應，PCI板卡用做信號中轉；本發明系統包括該控制裝置以及工控機、焊接裝置，根據工控機預設參數，控制裝置將控制模塊輸出的電流控制信號輸出至焊接裝置。本發明具有熔透特征信息計算簡單、實時性好等優點。

技術領域

本發明屬于焊接控制技術領域，尤其涉及一種基于不同熔池振蕩模式的連續焊接脈沖鎢極氬弧焊臨界熔透控制方法、裝置與系統。

背景技術

脈沖鎢極氬弧焊(P-GTAW)在材料加工工藝中有著無以替代的作用，是當今制造業中應用最為廣泛的焊接方法之一。利用周期性脈沖變化的電流精確控制熱輸入，在熔池凝結和熔化期間，基值電流維持電弧穩定燃燒，峰值電流熔化母材。相比于其他焊接方法，具有電弧穩定性高、熱量輸入精確可控、易于實現自動化等優點，廣泛應用于航空航天、壓力容器等精密結構件的打底焊中。

熔透狀態是決定焊接質量和焊縫力學性能的重要因素之一，重要的結構件為保證焊接質量對焊縫熔透狀態都提出了極為嚴格的要求。按照焊縫背面的熔寬量(x)，熔透狀態可分為未熔透、臨界熔透(x＜4mm)及過熔透(x＞4mm)，如圖1所示。相關研究表明，在保證焊透的前提下，背面熔寬量(x)越小，焊縫力學性能越好。

目前，GTAW熔透傳感方法主要包括視覺法、熔池振蕩法。視覺法利用CCD攝像機實時測量熔池表面形貌特征，并通過建立熔池表面形貌特征參數與焊縫背面熔寬的數學模型間接預測及控制焊縫熔透狀態。由于熔池表面特征參數與焊縫背面熔寬之間的關聯是間接、非線性的，所建立的數學模型存在極大的不確定性，對焊接材料、焊接參數、焊接位置等敏感性很強，因而還需作進一步深入研究。

熔池振蕩法利用不同熔透下的熔池振蕩頻率特征來表征與控制焊縫熔透。根據傳感信號不同，現有熔池振蕩法主要弧壓法和弧光法。現有熔池振蕩法的缺點主要在于只能實現未熔透和過熔透(x4mm)狀態的傳感。對于臨界熔透(x＜4mm)由于缺乏相應的頻率特征信號，無法實現對該狀態的實時傳感與控制。此外，現有的熔池振蕩法在進行熔透控制時，需預先通過大量工藝試驗得到固定尺寸熔池的振蕩頻率特征，焊接工藝流程復雜，效率低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于不同熔池振蕩模式的連續焊接脈沖鎢極氬弧焊臨界熔透控制方法、裝置與系統，旨在解決視覺法和傳統熔池振蕩法難以傳感和控制GTAW焊縫臨界熔透的的問題。

本發明是這樣實現的，一種連續脈沖鎢極氬弧焊臨界熔透控制方法，該方法包括以下步驟：

S1、對實時所獲取的每個脈沖周期內基值階段熔池振蕩時域信號進行快速傅里葉變換，并獲取熔池振蕩頻率的波峰個數和波峰頻率特征值；

S2、利用波峰個數與波峰頻率特征值的反饋量判斷傳感焊縫熔透狀態，并實時調整焊接電流控制焊縫臨界熔透狀態。

優選地，在步驟S1之前還包括步驟：S0、實時采集熔池振蕩時域信號。

優選地，所述步驟S2具體包括以下步驟：

S20、當檢測到的波峰個數為2時，判斷熔池為臨界熔透狀態，給出控制信號保持下一個脈沖周期的峰值電流不變(I_P+i＝I_P+i-1)；

S21、當檢測波峰個數為1時，判斷熔池為未熔透或過熔透，進一步通過波峰頻率特征值與預設閾值k進行比較：