一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法技术

本发明专利技术公开了一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法，包括以下步骤：①、设定初始生产速度V，初始电源输出功率P；②、选定M×(2n+1)个点并采集位置参数；③、采集待测点的温度；④、构造传热模型，由传热模型求H型钢上翼板内表面对应点温度；⑤、构造插值模型；⑥、通过插值模型求出轴向插值温度与横向插值温度；⑦、通过轴向插值温度与横向插值温度判断插值结果是否可信，若可信则求出焊接点处温度值并执行步骤⑧，若不可信则返回步骤④修正传热模型；⑧、判断焊接点处温度是否处于最适宜焊接温度范围，若是则执行步骤⑨，若不是则调节电源功率与生产速度；⑨、检测有无停止生产信号输入，若有则停止循环，若无则返回步骤②闭环监控。

【技术实现步骤摘要】
一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法
本专利技术涉及H型钢领域，特别涉及一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法。
技术介绍
H型钢也称为工字钢，其重量轻、抗弯能力强、刚度好，力学性能优良。目前常见的H型钢生产主要有热轧成形与焊接成形两种方法，其中厚壁H型钢使用热轧方法生产，薄壁H型钢使用感应焊接方法生产。薄壁H型钢在感应焊接时，感应线圈产生的交变磁场在H型钢上产生感应涡流，在集肤效应与邻近效应作用下使涡流集中在翼板与腹板待焊接处，通过电流的热效应迅速加热达到焊接状态，在挤压辊挤压力作用下，翼板与腹板熔合在一起，完成焊接。在实际生产中，H型钢焊接温度是生产过程中的重要参数。焊接温度过高容易过烧，在焊缝处形成穿孔；焊接温度过低又会导致冷焊等缺陷，影响产品质量。在焊接生产中由于挤压辊与定位辊的阻挡，H型钢焊缝被翼板遮挡，以及冷却液产生的雾气等因素的影响，无法直接测量焊接点处的焊接温度，更难以根据实时焊接温度对焊接速度等参数进行调节。目前我国由较多关于H型钢和测温领域的装置及方法，例如中国专利CN106269910A，是关于H型钢成型控制领域的专利技术；中国专利CN110455422A涉及一种无线测温装置，但装置仅能在环境较好的情况下进行测温，且只能测量单一位置的温度；中国专利CN106766976A申请公开一种用于检测工业炉内部温度的测温装置，但其仅能应用于测量单一位置温度且要求直接接触；在查阅感应焊接H型钢领域与测温领域几十篇专利技术专利后发现，现有装置、方法都无法解决H型钢焊接生产中无法直接实时测量焊接点处温度的问题，也就无法保证焊接质量。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法，该专利技术使得现场能够根据所测量的H型钢上翼板外表面选定位置处的温度，通过传热模型与插值计算模型准确快速的实时计算出焊接点处的温度，从而在线调节生产参数，实现闭环控制，提高焊接生产效率，保证了H型钢的焊接质量。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法，包括以下步骤：①设定初始生产速度为V，初始电源输出功率为P；②调节翼板测温组件位置，选定H型钢上翼板外表面上M组待测位置，每组待测位置上选定2n+1个点，并采集其位置参数以H型钢上翼板外表面焊接点正上方为坐标原点建立坐标系，令每组待测位置位于焊缝中间的点的编号为M0，待测点M0相邻两点编号分别为M-1、M+1，其余点的位置以此类推；③翼板测温组件采集H型钢上翼板外表面上选定位置处的温度④以ρ、k、c、t为模型参数，为代求变量即上翼板内表面上与外表面指定点对映处温度，构造出传热模型如下；式中：ρ------密度，kg/m3；k------材料的导热系数，k＝k0·μ，W/m℃；k0------各向同性材料的导热系数，W/m℃；μ------导热系数修正因子，1.1≤μ≤1.5，初始令μ取最小值1.1；------上翼板外表面上指定点处温度，℃；------上翼板内表面上与外表面指定点对映处温度，℃；c------比热容，J/kg℃；t------时间，s；------点MN的位置参数；通过所述传热模型可由控制柜求得上翼板内表面上指定点处温度⑤令H型钢上翼板内表面焊接点处直线为v，通过构造的插值计算模型可求出直线v上对应2n+1个点的温度值，其中v0为焊接点，构造出的插值计算模型如下；式中：为基于各测温点mn的温度沿轴向插值得到的直线v上各点温度，为基于各测温点m0的温度沿轴向插值得到的焊接点处温度值；为的m次插值多项式；⑥、将带入步骤⑤所述插值模型中，插值计算出为基于直线v上除沿轴向插值得到的焊接点温度的各点温度值横向插值计算出的焊接点温度；⑦、将轴向插值得到的焊接点温度与横向插值计算出的焊接点温度进行比较，若二者之差的绝对值小于等于25℃，则表明插值计算出的焊接点温度与真实情况符合，取焊接点处温度值为并执行步骤⑧；若二者之差的绝对值大于25℃，则表明插值计算出的焊接点温度与真实情况不符，返回步骤④修正所构造的传热模型令导热系数修正因子μ＝μ+Δμ，重新计算上翼板内表面上与外表面指定点对映处温度，并重新插值计算焊接点处温度；⑧将T0的值与最适宜焊接温度范围1350℃±30℃进行对比，若T0在此温度范围内，则保持现有生产速度与电源功率并执行步骤⑨；若T0小于1320℃，则增大电源输出功率P，令P＝P+ΔP1，控制系统采集信号，并返回步骤②；若T0大于1380℃，则提高生产速度V，令V＝V+ΔV1，控制系统采集信号，并返回步骤②；⑨检测是否有停止生产信号输入，若有，则结束循环，若无则由控制系统采集信号，并返回步骤②以实现焊接温度的闭环控制。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：1、通过测量H型钢上翼板外表面上选定点的温度值，采用所构造的传热模型与插值计算模型可准确快速的计算出焊接点处温度值，本专利技术所提供的一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法实现了焊接点处温度的闭环控制，可以准确控制焊接温度，保证焊接质量。2、焊接点处温度值经过轴向插值与横向插值对比验证，保证了焊接点处温度插值结果的准确性。3、本专利技术可保证焊接点处温度始终保持在最佳焊接温度范围内，自动化程度高，操作简单。附图说明图1为本专利技术的工艺方法流程图。图2为本专利技术的测温点选取侧视图。图3为本专利技术的测温点选取俯视图。图4为本专利技术的实施例立体示意图。其中，1、控制柜，2、圆筒运输机，3、H型钢，4、机架，5、挤压辊，6、翼板测温组件，7、线圈，8、高频电源，9、翼板定位组件，10、上翼板，11、腹板，12、下翼板，13、腹板定位组件，14、地板，15、定位轮，16、电机，17、第一导线，18、第二导线，19、第三导线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：如图4所示，控制柜1、圆筒运输机2、机架4、高频电源8、翼板定位组件9、腹板定位组件13、电机16分别固定在地板14上，机架4内安装有挤压辊5，与机架4相连接的电机16为挤压辊5提供动力；挤压辊5挤压上翼板10与下翼板12，使上翼板10、下翼板12能够与腹板11紧密贴合，完成焊接；翼板定位组件9能够固定上翼板10与下翼板12，腹板定位组件13防止腹板11上下抖动，定位轮15安装在机架上，定位轮15与腹板11接触以防止腹板11左右抖动；线圈7的位置固定在高频电源8上，且线圈7套在上翼板10、腹板11、下翼板12外部；翼板测温组件6固定在机架4靠近未焊接一侧，翼板测温组件6上共有2n+1台比色测温仪，对应可实时检测上翼板10外表面上2n+1个点的温度；圆筒运输机2将焊接完成的H型钢3向后方运输；控制柜1通过第一导线17与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法，其特征在于：包括以下步骤：/n①、设定初始生产速度为V，初始电源输出功率为P；/n②、调节翼板测温组件位置，选定H型钢上翼板外表面上M组待测位置，每组待测位置上选定2n+1个点，并采集其位置参数

【技术特征摘要】
1.一种H型钢焊接温度的间接测量与在线调控方法，其特征在于：包括以下步骤：
①、设定初始生产速度为V，初始电源输出功率为P；
②、调节翼板测温组件位置，选定H型钢上翼板外表面上M组待测位置，每组待测位置上选定2n+1个点，并采集其位置参数



以H型钢上翼板外表面焊接点正上方为坐标原点建立坐标系，令每组待测位置位于焊缝中间的点的编号为M0，待测点M0相邻两点编号分别为M-1、M+1，其余点的位置以此类推；
③、翼板测温组件采集H型钢上翼板外表面上选定位置处的温度
④、以ρ、k、c、t为模型参数，为代求变量即上翼板内表面上与外表面指定点对映处温度，构造出传热模型如下；



式中：
ρ------密度，kg/m3；
k------材料的导热系数，k＝k0·μ，W/m℃；
k0------各向同性材料的导热系数，W/m℃；
μ------导热系数修正因子，1.1≤μ≤1.5，初始令μ取最小值1.1；

------上翼板外表面上指定点处温度，℃；

------上翼板内表面上与外表面指定点对映处温度，℃；
c------比热容，J/kg℃；
t------时间，s；

------点MN的位置参数；
通过所述传热模型可由控制柜求得上翼板内表面上指定点处温度
⑤、令H型钢上翼板内表面焊接点处直线为v，通过构造的插值计算模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，马杭洲，张豪辉，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13