[发明专利]气保焊焊丝的焊接工艺性能评价装置及方法

权利要求书

1.一种基于气保焊焊丝的焊接工艺性能评价装置的评价方法，基于的评价装置包括高速摄像机(1)及光学滤光系统(2)、辅助光源一(3)、辅助光源二(4)、气保焊焊接系统(23)、电弧电压传感器(13)、焊接电流传感器(14)、信号同步记录仪(15)和计算机(16)，其中所述气保焊焊接系统(23)由焊接电源(5)、送丝机(6)、气保焊焊枪(7)、焊接移动小车(12)及焊接工件(11)构成，所述焊接电源(5)的两根输出电缆线分别与气保焊焊枪(7)和焊接移动小车(12)上固定焊接工件(11)的工作台电连接，并与电弧电压传感器(13)和焊接电流传感器(14)电连接或电磁耦合连接，所述光学滤光系统(2)同轴安装于所述高速摄像机(1)的镜头上，所述信号同步记录仪(15)分别与所述电弧电压传感器(13)和焊接电流传感器(14)及高速摄像机(1)电连接，将同步采集焊接过程中的电弧电信号和电弧图像信号传送给所述计算机(16)进行数据处理；其特征是：所述评价方法包含如下具体步骤：

①同步采集气保焊焊丝(8)焊接过程中的电弧电压和焊接电流、焊接图像(21)，拍摄气保焊焊丝(8)焊后的焊缝截面成形照片(25)；

所述同步采集气保焊焊丝(8)焊接过程中的电弧电压和焊接电流、焊接图像(21)包括如下具体步骤：

步骤1)、将与待检测气保焊焊丝(8)相匹配的焊接工件(11)固定于焊接移动小车(12)工作台上，调节气保焊焊枪(7)下端距离焊接工件(11)上表面的高度，使送丝机(6)送出的待检测气保焊焊丝(8)穿过气保焊焊枪(7)后伸出导电嘴端部长度L为12～25mm，然后设置焊接电源(5)输出的电弧电压和焊接电流、保护气体(22)流量，以及焊接速度V_w；

步骤2)、将高速摄像机(1)，辅助光源二(4)从气保焊焊丝(8)的两侧相向聚焦对准气保焊焊丝(8)的端部，并使辅助光源二(4)的光斑落入高速摄像机(1)的镜头中，然后分别设置高速摄像机(1)中的光圈、相机曝光时间、焊接图像采样频率与尺寸、光学滤光系统(2)，以及信号同步记录仪(15)的信号采样频率，调节辅助光源二(4)的输出光强；

步骤3)、闭合焊接电源(5)的启焊开关，输送焊接保护气体(22)并引燃电弧(9)，驱动焊接移动小车(12)拖动焊接工件(11)以焊接速度V_w移动，然后触发高速摄像机(1)和信号同步记录仪(15)同步采集焊接图像(21)和电弧电信号，并传输给计算机(16)进行数据处理；

所述气保焊焊丝(8)的焊接图像(21)采集方法，还包括采用高速摄像机(1)和辅助光源一(3)从气保焊焊丝(8)的同一侧分别聚焦对准气保焊焊丝(8)的端部；或者在使用高速摄像机(1)和辅助光源二(4)从气保焊焊丝(8)的两侧相向聚焦对准气保焊焊丝(8)端部的同时，采用辅助光源一(3)从高速摄像机(1)这侧聚焦对准气保焊焊丝(8)的端部；或者不使用辅助光源一(3)和辅助光源二(4)，利用电弧(9)自身作为光源，以被动视觉方式来采集焊接图像(21)；

②通过计算机(16)检测电弧电压和焊接电流信号的标准差σ、焊接图像(21)中熔滴(10)的过渡形式、尺寸、频率和焊接飞溅(18)的形式、产生次数，以及焊缝截面成形照片(25)中的焊缝润湿角θ和焊缝截面成形对称度K_s；

③根据步骤②检测结果，评价和判定气保焊焊丝(8)的电弧稳定性、熔滴过渡行为和熔池流动性，具体包括如下评价指标：

A、当检测的电弧电压和焊接电流信号的标准差σ≤10时，判定气保焊焊丝(8)的电弧稳定性好；电弧电压和焊接电流信号的标准差10＜σ≤15时，判定气保焊焊丝(8)的电弧稳定性良；电弧电压和焊接电流信号的标准差σ＞15时，判定气保焊焊丝(8)的电弧稳定性差；

B、当气保焊焊丝(8)熔化的液滴过渡角α在-20°～+20°范围内时，气保焊焊丝(8)熔化形成的液滴为熔滴(10)，否则判定气保焊焊丝(8)熔化形成的液滴为焊接飞溅(18)；

C、当所述焊接图像(21)中气保焊焊丝(8)端部为铅笔尖状，并呈细线状向熔池(24 )过渡，焊接飞溅(18)产生次数＜10次/s，判定气保焊焊丝(8)此时处于射流过渡状态，熔滴过渡行为稳定；所述焊接图像(21)中熔滴(10)以滴状形式过渡向熔池(24 )过渡，且熔滴(10)平均截面积尺寸≤气保焊焊丝(8)的横截面积、熔滴(10)的过渡频率＞120Hz、焊接飞溅(18)产生次数＜10次/s，判定气保焊焊丝(8)此时处于细颗粒过渡状态，熔滴过渡行为稳定；所述焊接图像(21)中熔滴(10)以滴状形式过渡向熔池(24 )过渡，且熔滴(10)平均截面积尺寸＞气保焊焊丝(8)的横截面积、熔滴(10)的过渡频率＜120Hz、焊接飞溅(18)产生次数＞10次/s且＜20次/s，判定气保焊焊丝(8)此时处于大颗粒过渡状态，熔滴过渡行为亚稳定；所述焊接图像(21)中熔滴(10)以滴状和短路两种形式交错向熔池(24 )过渡，且滴状形式过渡的熔滴(10)截面积尺寸＞气保焊焊丝(8)的横截面积、焊接飞溅(18)产生次数＞20次/s，判定气保焊焊丝(8)此时处于混合过渡状态，熔滴过渡行为不稳定；所述焊接图像(21)中熔滴(10)以短路形式向熔池(24 )过渡，且焊接飞溅(18)产生次数＞20次/s，判定气保焊焊丝(8)此时处于短路过渡状态，熔滴过渡行为不稳定；

D、当所述焊接图像(21)中焊接飞溅(18)以气球爆炸方式产生，判定焊接飞溅(18)为气体爆炸飞溅、气保焊焊丝(8)的合金成分易产生气体且低熔点化学元素多；所述焊接图像(21)中焊接飞溅(18)产生在电弧(9)短路期间，判定焊接飞溅(18)为短路飞溅；

E、当所述气保焊焊丝(8)的焊缝润湿角θ≤40°、且气保焊焊丝(8)的焊缝截面成形对称度K_s在0.8～1.2之间时，判定气保焊焊丝(8)此时熔池流动性好；所述气保焊焊丝(8)的焊缝润湿角θ＞40°、且气保焊焊丝(8)的焊缝截面成形对称度K_s＜0.8或K_s＞1.2时，判定气保焊焊丝(8)此时熔池流动性差。