一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置，属于焊接质量控制方法领域。在连续穿孔焊接过程中，通过配备的焊缝熔池追踪识别器和高速摄像同步追踪并显示小孔熔池背部形貌特征；所述小孔背部形貌特征包括焊缝背部凝固褶和同时凝固线，根据预设合格焊缝质量背部凝固褶的误差范围，实时比对当前焊接状况下背部凝固褶的特征参数，若当前焊接过程中背部凝固褶及凝固等温线在误差范围内，则继续焊接；若焊接过程中背部凝固褶及凝固等温线超过预设的误差范围，则实时反馈凝固褶的形貌特征以调节传质行为避免焊缝非对称，从而改善焊缝成形质量。
【技术实现步骤摘要】
一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置
本专利技术属于焊接质量控制方法领域，尤其涉及一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置。
技术介绍
变极性穿孔等离子弧焊是针对铝合金而开发的新型高效的焊接方法，其较高的能量密度分布在焊接过程中能够穿透工件形成贯穿整个工件厚度方向的小孔熔池。同时在反极性工作模式下的阴极斑点能够有效满足工件熔化、清除表面氧化膜以及排出焊接接头内气孔同时进行的情况下，最大限度地降低钨电极的烧损，有效且高效的实现铝合金中厚板单面焊双面成形。在变极性等离子弧焊接过程中，小孔熔池作为其最为复杂的变量，对于焊接质量、焊接效率和焊接速度都有着重要的影响。尤其是焊缝背部形成过程中凝固的等温线控制着焊缝是否为对称的焊缝。焊缝成形质量与焊缝是否为非对称焊缝有着直接的联系；非对称焊缝会造成焊缝两侧应力分布不均导致焊缝抗拉强度等力学性能分布不对称，严重制约了焊缝的质量。目前国内外大量学者对等离子弧的穿孔熔池行为进行研究，表明焊接电流，离子气流量，焊接速度，送丝量等都对小孔背面形态有着重要的联系。截至目前，大多数的研究还集中在对小孔熔池形貌的控制，还没有提出针对焊缝背部凝固褶(凝固等温线)的研究。控制焊缝背部凝固褶的特征形貌是获得良好焊接质量的重要控制方法。根据前期大量试验证明，焊缝背部凝固褶与焊接方向垂直时所得的焊缝质量最高，因此本方法提出通过配备的焊缝熔池追踪识别器和高速摄像同步追踪并显示小孔熔池背部形貌特征，并在焊接过程中实时反馈并调节传质位置，使凝固褶特征处于预设的合格质量的特征误差范围之内。本专利技术质量控制方法及装置通过焊接数据实时反馈并调节系统，实现焊接焊缝背面凝固褶特征的监控与控制，该质量控制方法不仅能对焊接过程信号的实时监控，且能对传质行为进行实时调节控制。既改善了对传统等离子弧焊背面成形质量及特征观察的盲区，又能对焊接质量进行在线监控并反馈控制，避免只能在焊接结束后才能观察焊接质量的缺陷，从而可以极大地提高焊接和生产效率，实现高质、高效变极性等离子弧焊接。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有变极性等离子弧焊接在线质量控制及调节的不足，提出一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置，在传统穿孔等离子焊接的基础上配备焊缝熔池追踪识别器和高速摄像，通过实时反馈凝固褶的形貌特征以调节传质行为避免焊缝非对称，以改善焊缝成形质量，提高焊接产品合格率及生产效率。一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置，原理是在连续穿孔焊接过程中，通过配备的焊缝熔池追踪识别器和高速摄像同步追踪并显示小孔熔池背部形貌特征，焊缝熔池追踪识别器和高速摄像跟随等离子焊枪同步移动，保证焊枪与高速摄像在同一条轴线；通过反馈焊缝背部凝固褶的特征形貌实时调整传质行为的变极性等离子焊接质量控制方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制装置，包括：变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、传质系统(21)、焊丝(22)、焊缝熔池追踪识别器(24)、摄像监控系统(23)、监控系统与焊接系统的同步固定装置(20)、焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)，其中焊缝熔池追踪识别器(24)和摄像监控系统(23)固定在一起位于焊接工件背部焊缝处，用于实时监控焊缝背部凝固褶，等离子焊枪(13)位于焊接工件正面，用于焊缝的焊接；摄像监控系统与等离子焊枪(13)固定于同步固定装置(20)的两端，采用同步固定装置(20)将摄像监控系统与等离子焊枪(13)固定连接在一起，确保焊接过程中穿孔熔池形态以及焊缝背部凝固褶处在视觉观察范围之内；变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、等离子弧焊枪(13)、电极(11)、冷却铜喷嘴(12)、离子气瓶(7)、保护气瓶(9)，构成焊接控制系统，电极(11)的四周为同轴的冷却铜喷嘴(12)，电极(11)与冷却铜喷嘴(12)之间的空隙为离子气通道，经由变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、离子气表(8)与离子气气瓶(氩)(7)连接；高速摄像监控系统(23)与焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)连接，焊缝熔池追踪识别器(24)、高速摄像监控系统(23)、焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)，构成信息采集、监控及反馈调节系统；传质系统(21)、焊丝(22)和等离子弧焊枪(13)配套使用，焊缝熔池追踪识别器(24)、高速摄像监控系统(23)、监控系统与焊接系统的同步装置(20)、等离子弧焊枪(13)、传质系统(21)和焊丝(22)组成同步运动系统，进行同步运动。根据预设合格焊缝质量背部凝固褶的误差范围，实时比对当前焊接状况下背部凝固褶的特征参数，若当前焊接过程中背部凝固褶及凝固等温线在误差范围内，则继续焊接；若焊接过程中背部凝固褶及凝固等温线超过预设的误差范围，则通过焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)中的计算机软件系统发送相应信号至传质系统及变极性等离子弧焊接电源及控制系统(1)以做出相应的动作，使当前焊接过程中背部凝固褶及凝固等温线回归至误差范围内，以保证正常焊接。焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)中设有信号处理单元。本专利技术还提供一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置，包括以下步骤：(1)设置合格焊接成形质量的小孔背部凝固褶的形貌特征、标准尺寸范围、误差范围；(2)连续焊接过程中实时监控穿孔熔池状态以及焊缝凝固褶的特征形貌；(3)比对实时采集的凝固褶特征与步骤(1)所述标准尺寸范围，判断正在进行的焊接成形特征是否在所述(1)的误差范围内；(4)如若监控中的凝固褶特征在标准范围之内，继续执行步骤(2)；如监控中的凝固褶特征超过标准范围之外，判断向左偏还是向右偏，并反馈信号至焊接装置，发出相应信号以实时调节传质位置，继续执行步骤(2)。本专利技术的基于一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制方法和装置，用于改善变极性等离子弧连续焊接状态下的焊缝成形质量，提高焊接产品合格率，以提高生产效率。在实时焊接过程监控焊缝背部成形凝固褶及凝固等温线，通过高速摄像成像系统与计算机软件配合监控上述参量的形貌特征，并实时反馈至传质控制器和变极性等离子弧焊接电源及控制器，以修正当前焊缝背部凝固褶及凝固等温线行为的质量控制方法。与现有技术相比，本专利技术方法的优点如下：1、与传统变极性等离子焊接质量控制方法相比，本专利技术不仅可以在线监控焊接过程，实时比对焊缝背部成形凝固褶及凝固等温线的形貌特征，最显著的特征是在线实时反馈焊缝背部凝固行为信息，使传质调节器做出相应动作控制焊缝背部凝固特征。2、与传统质量控制方法相比，本专利技术能够实现焊接过程焊缝质量的在线监控并调节，从而克服传统等离子焊接质量只能事后控制的缺陷，解决依靠停弧验证焊接质量方式的时间浪费、效率低下的问题。3、本专利技术中的变极性等离子焊接质量控制方法，通过预设合格焊缝质量背部凝固褶的误差范围，实时比对当前焊接状况下背部凝固褶的特征参数，若当前焊接过程中背部凝固褶及凝固等温线在误差范围内，则继续焊接；若焊接过程中背本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制装置，其特征在于，包括：变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、传质系统(21)、焊丝(22)、焊缝熔池追踪识别器(24)、摄像监控系统(23)、监控系统与焊接系统的同步固定装置(20)、焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)，其中焊缝熔池追踪识别器(24)和摄像监控系统(23)固定在一起位于焊接工件背部焊缝处，用于实时监控焊缝背部凝固褶，等离子焊枪(13)位于焊接工件正面，用于焊缝的焊接；摄像监控系统与等离子焊枪(13)固定于同步固定装置(20)的两端，采用同步固定装置(20)将摄像监控系统与等离子焊枪(13)固定连接在一起，确保焊接过程中穿孔熔池形态以及焊缝背部凝固褶处在视觉观察范围之内；变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、等离子弧焊枪(13)、电极(11)、冷却铜喷嘴(12)、离子气瓶(7)、保护气瓶(9)，构成焊接控制系统，电极(11)的四周为同轴的冷却铜喷嘴(12)，电极(11)与冷却铜喷嘴(12)之间的空隙为离子气通道，经由变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、离子气表(8)与离子气气瓶(氩)(7)连接；高速摄像监控系统(23)与焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)连接，焊缝熔池追踪识别器(24)、高速摄像监控系统(23)、焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)，构成信息采集、监控及反馈调节系统；传质系统(21)、焊丝(22)和等离子弧焊枪(13)配套使用，焊缝熔池追踪识别器(24)、高速摄像监控系统(23)、监控系统与焊接系统的同步装置(20)、等离子弧焊枪(13)、传质系统(21)和焊丝(22)组成同步运动系统，进行同步运动。/n...
【技术特征摘要】
1.一种有效改善变极性等离子弧非对称焊缝的控制装置，其特征在于，包括：变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、传质系统(21)、焊丝(22)、焊缝熔池追踪识别器(24)、摄像监控系统(23)、监控系统与焊接系统的同步固定装置(20)、焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)，其中焊缝熔池追踪识别器(24)和摄像监控系统(23)固定在一起位于焊接工件背部焊缝处，用于实时监控焊缝背部凝固褶，等离子焊枪(13)位于焊接工件正面，用于焊缝的焊接；摄像监控系统与等离子焊枪(13)固定于同步固定装置(20)的两端，采用同步固定装置(20)将摄像监控系统与等离子焊枪(13)固定连接在一起，确保焊接过程中穿孔熔池形态以及焊缝背部凝固褶处在视觉观察范围之内；变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、等离子弧焊枪(13)、电极(11)、冷却铜喷嘴(12)、离子气瓶(7)、保护气瓶(9)，构成焊接控制系统，电极(11)的四周为同轴的冷却铜喷嘴(12)，电极(11)与冷却铜喷嘴(12)之间的空隙为离子气通道，经由变极性等离子弧弧焊接电源及控制系统(1)、离子气表(8)与离子气气瓶(氩)(7)连接；高速摄像监控系统(23)与焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)连接，焊缝熔池追踪识别器(24)、高速摄像监控系统(23)、焊缝背部凝固褶特征检测上位机(6)，构成信息采集、监控及反馈调节系统；传质系统(21)、焊丝(22)和等离子弧焊枪(13)配套使用，焊缝熔池追踪识别器(24)、高速摄像监控系统(23)、监控系统与焊接系统的同步装置(20)、等离子弧焊枪(13)、传质系统(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，闫朝阳，蒋凡，黄文浩，李诚，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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