提高中厚板铝合金焊接稳定性的系统及方法技术方案

根据本发明专利技术提供的一种提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法及系统，包括：步骤S1：根据待焊材料、热源的热物理性质、送丝机的送丝速度以及机器人的运动速度建立板材热量分布模型；步骤S2：在焊接的过程中，通过热电偶测温模块实时采集温度数据，利用采集到的实时温度数据基于板材温度场估计法得到焊道实时的温度场数据；步骤S3：根据焊道实时的温度场数据对焊枪移动和焊接电源输出电流进行调控，保证焊接过程的稳定性。过程的稳定性。过程的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
提高中厚板铝合金焊接稳定性的系统及方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体地，涉及提高中厚板铝合金焊接稳定性的系统及方法。

技术介绍

[0002]铝合金材料凭借其高比强度、加工性能好等优点在航空航天、轨道车辆等领域中得到了极为广泛的应用，在这些领域中有大量对焊缝质量要求较高的焊接结构件设计，而焊接质量较高的钨极氩弧焊工艺是此类铝合金构件的主要焊接方法之一，但氩弧焊工艺能量密度较低，在焊接6
‑
10mm的中厚度铝合金材料时需要采用较大电流，热输入较大，而铝合金材料一般具有热导率高、液态下表面张力系数低等特点，在大电流焊接过程中温度上升很快，使熔池体积不断增大，容易发生熔池背部塌陷甚至烧穿等现象，较难实现稳定焊接。
[0003]专利文献WO2019000760A1(申请号：PCT/CN2017/108918)公开了一种焊接过程稳定性在线定量评价方法，包括：对焊接过程中电弧电压U和焊接电流I实施监测和获取，绘制各U
‑
I周期的相图；将各U
‑
I周期的相图转换为二值图像K；求得二值图像K中的动态工作曲线经过面积J N；根据公式求得焊接过程稳定性评价指标P；根据获得焊接稳定性评价指标P对焊接过程稳定性进行评价。
[0004]本专利技术提供一种提高中厚板铝合金焊接稳定性的系统及方法，以提高中厚度铝合金材料的焊接过程稳定性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种提高中厚板铝合金焊接稳定性的系统及方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法，包括：
[0007]步骤S1：根据待焊材料、热源的热物理性质、送丝机的送丝速度以及机器人的运动速度建立板材热量分布模型；
[0008]步骤S2：在焊接的过程中，通过热电偶测温模块实时采集温度数据，利用采集到的实时温度数据基于板材温度场估计法得到焊道实时的温度场数据；
[0009]步骤S3：根据焊道实时的温度场数据对焊枪移动和焊接电源输出电流进行调控，保证焊接过程的稳定性。
[0010]优选地，所述步骤S1采用：
[0011]根据包括待焊材料的热物理性质、焊接热源的物理性质、移动速度信息建立板材热量分布模型：
[0012]在待焊板材上表面建立笛卡尔坐标系，不考虑余温的情况下，电弧在板材表面形成的热场近似看作二维高斯分布，坐标系内任一点(x,y)处的温度为：
[0013][0014]式中，α
T
、σ1、σ2、ρ表示未知参数；μ
x
表示焊枪在X轴上的坐标，μ
y
表示焊枪在Y轴上的坐标，当焊枪延X轴运动时，μ
y
＝0；T
p
为板材的预热温度；
[0015]ρ描述了σ1与σ2的相关性，且σ1与σ2互不相关，此时ρ＝0；令
[0016][0017][0018]优选地，所述步骤S2采用：通过板材温度场估计法求解所述的板材热量分布模型中的未知数；
[0019]所述板材温度场估计法包含两部分：第一部分为板材热量分布模型数学转化，将难以求解的非线性方程参数求解问题转化为多项式拟合问题进行求解；第二部分为板材热量分布模型求解，基于热电偶采集到的温度数据，对第一部分所得的多项式进行拟合，求解板材热量分布模型中的未知数，获得板材热量分布模型。
[0020]其中第一部分具体为：
[0021]对式(2)两边取对数，得
[0022][0023]进一步变形，令：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029]将式(3)写为：
[0030]lnT＝ax2+by2+cx+dy+k
ꢀꢀ
(9)
[0031]通过上述推导，将式(2)描述的板材热量分布模型转化为式(9)所示的多项式方程形式，板材热量分布模型的求解问题变为二元二次多项式拟合问题；
[0032]第二部分具体为：
[0033]设当前时刻第i个热电偶的安装位置为(x
i
,y
i
)，其在初始时刻测得的温度为T
i
，则n个热电偶在t时刻采集的数据组成的数据集D0为：
[0034][0035]其中，n大于等于5；
[0036]将数据集D0带入式(9)并使用最小二乘法求解，即获得式(9)中的五个系数a、b、c、d、k的值；
[0037]联立式(4)至式(8)，得式(10)所示方程组：
[0038][0039]将所求a、b、c、d、k值带入式(10)，通过方程组求解，可得α
T
、σ1、σ2的值；再将所求A、σ1、σ2的值带入式(2)，完成对板材热量分布模型的求解。
[0040]优选地，基于板材热量分布模型获得焊道实时的温度场数据，从而对焊枪移动和焊接电源输出电流进行调控，保证焊接过程的稳定性。
[0041]优选地，使用压块以及工装工具将待焊工件进行固定，使用固定装置将热电偶固定到与待焊工件焊道平行位置。
[0042]根据本专利技术提供的一种提高中厚板铝合金焊接稳定性的系统，包括：
[0043]模块M1：根据待焊材料、热源的热物理性质、送丝机的送丝速度以及机器人的运动速度建立板材热量分布模型；
[0044]模块M2：在焊接的过程中，通过热电偶测温模块实时采集温度数据，利用采集到的实时温度数据基于板材温度场估计法得到焊道实时的温度场数据；
[0045]模块M3：根据焊道实时的温度场数据对焊枪移动和焊接电源输出电流进行调控，保证焊接过程的稳定性。
[0046]优选地，所述模块M1采用：
[0047]根据包括待焊材料的热物理性质、焊接热源的物理性质、移动速度信息建立板材热量分布模型：
[0048]在待焊板材上表面建立笛卡尔坐标系，不考虑余温的情况下，电弧在板材表面形成的热场近似看作二维高斯分布，坐标系内任一点(x,y)处的温度为：
[0049][0050]式中，α
T
、σ1、σ2、ρ表示未知参数；μ
x
表示焊枪在X轴上的坐标，μ
y
表示焊枪在Y轴上的坐标，当焊枪延X轴运动时，μ
y
＝0；T
p
为板材的预热温度；
[0051]ρ描述了σ1与σ2的相关性，且σ1与σ2互不相关，此时ρ＝0；令
[0052][0053][0054]优选地，所述模块M2采用：通过板材温度场估计法求解所述的板材热量分布模型中的未知数；
[0055]所述板材温度场估计法包含两部分：第一部分为板材热量分布模型数学转化，将难以求解的非线性方程参数求解问题转化为多项式拟合问题进行求解；第二部分为板材热量分布模型求解，基于热电偶采集到的温度数据，对第一部分所得的多项式进行拟合，求解板材热量分布模型中的未知数，获得板材热量分布模型。
[0056本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据待焊材料、热源的热物理性质、送丝机的送丝速度以及机器人的运动速度建立板材热量分布模型；步骤S2：在焊接的过程中，通过热电偶测温模块实时采集温度数据，利用采集到的实时温度数据基于板材温度场估计法得到焊道实时的温度场数据；步骤S3：根据焊道实时的温度场数据对焊枪移动和焊接电源输出电流进行调控，保证焊接过程的稳定性。2.根据权利要求1所述的提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S1采用：根据包括待焊材料的热物理性质、焊接热源的物理性质、移动速度信息建立板材热量分布模型：在待焊板材上表面建立笛卡尔坐标系，不考虑余温的情况下，电弧在板材表面形成的热场近似看作二维高斯分布，坐标系内任一点(x,y)处的温度为：式中，α
T
、σ1、σ2、ρ表示未知参数；μ
x
表示焊枪在X轴上的坐标，μ
y
表示焊枪在Y轴上的坐标，当焊枪延X轴运动时，μ
y
＝0；T
p
为板材的预热温度；ρ描述了σ1与σ2的相关性，且σ1与σ2互不相关，此时ρ＝0；令互不相关，此时ρ＝0；令3.根据权利要求1所述的提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S2采用：通过板材温度场估计法求解所述的板材热量分布模型中的未知数；所述板材温度场估计法包含两部分：第一部分为板材热量分布模型数学转化，将难以求解的非线性方程参数求解问题转化为多项式拟合问题进行求解；第二部分为板材热量分布模型求解，基于热电偶采集到的温度数据，对第一部分所得的多项式进行拟合，求解板材热量分布模型中的未知数，获得板材热量分布模型。其中第一部分具体为：对式(2)两边取对数，得进一步变形，令：进一步变形，令：
将式(3)写为：lnT＝ax2+by2+cx+dy+k
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(9)通过上述推导，将式(2)描述的板材热量分布模型转化为式(9)所示的多项式方程形式，板材热量分布模型的求解问题变为二元二次多项式拟合问题；第二部分具体为：设当前时刻第i个热电偶的安装位置为(x
i
,y
i
)，其在初始时刻测得的温度为T
i
，则n个热电偶在t时刻采集的数据组成的数据集D0为：其中，n大于等于5；将数据集D0带入式(9)并使用最小二乘法求解，即获得式(9)中的五个系数a、b、c、d、k的值；联立式(4)至式(8)，得式(10)所示方程组：将所求a、b、c、d、k值带入式(10)，通过方程组求解，可得α
T
、σ1、σ2的值；再将所求A、σ1、σ2的值带入式(2)，完成对板材热量分布模型的求解。4.根据权利要求1所述的提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法，其特征在于，基于板材热量分布模型获得焊道实时的温度场数据，从而对焊枪移动和焊接电源输出电流进行调控，保证焊接过程的稳定性。5.根据权利要求1所述的提高中厚板铝合金焊接稳定性的方法，其特征在于，使用压块以及工装工具将待焊工件进行固定，使用固定装置将热电偶固定到与待焊工件焊道平行位置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：尹玉环，孙雪君，夏佩云，高焓，从宝强，李送斌，高嘉爽，刘宽，李坤，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：