[发明专利]一种连续脉冲钨极氩弧焊临界熔透控制方法、装置与系统

说明书

本发明公开了一种连续脉冲钨极氩弧焊临界熔透控制方法、装置及系统。本发明方法包括：S1、对实时所获取的每个脉冲周期内基值阶段熔池振荡时域信号进行快速傅里叶变换，并获取熔池振荡频率的波峰个数和波峰频率特征值；S2、利用波峰个数与波峰频率特征值的反馈量判断传感焊缝熔透状态，并实时调整焊接电流控制焊缝临界熔透状态。本发明装置包括PCI板卡、信号分析模块、控制模块、熔池振荡传感器，信号分析模块、控制模块与上述方法步骤对应，PCI板卡用做信号中转；本发明系统包括该控制装置以及工控机、焊接装置，根据工控机预设参数，控制装置将控制模块输出的电流控制信号输出至焊接装置。本发明具有熔透特征信息计算简单、实时性好等优点。

技术领域

本发明属于焊接控制技术领域，尤其涉及一种基于不同熔池振荡模式的连续焊接脉冲钨极氩弧焊临界熔透控制方法、装置与系统。

背景技术

脉冲钨极氩弧焊(P-GTAW)在材料加工工艺中有着无以替代的作用，是当今制造业中应用最为广泛的焊接方法之一。利用周期性脉冲变化的电流精确控制热输入，在熔池凝结和熔化期间，基值电流维持电弧稳定燃烧，峰值电流熔化母材。相比于其他焊接方法，具有电弧稳定性高、热量输入精确可控、易于实现自动化等优点，广泛应用于航空航天、压力容器等精密结构件的打底焊中。

熔透状态是决定焊接质量和焊缝力学性能的重要因素之一，重要的结构件为保证焊接质量对焊缝熔透状态都提出了极为严格的要求。按照焊缝背面的熔宽量(x)，熔透状态可分为未熔透、临界熔透(x＜4mm)及过熔透(x＞4mm)，如图1所示。相关研究表明，在保证焊透的前提下，背面熔宽量(x)越小，焊缝力学性能越好。

目前，GTAW熔透传感方法主要包括视觉法、熔池振荡法。视觉法利用CCD摄像机实时测量熔池表面形貌特征，并通过建立熔池表面形貌特征参数与焊缝背面熔宽的数学模型间接预测及控制焊缝熔透状态。由于熔池表面特征参数与焊缝背面熔宽之间的关联是间接、非线性的，所建立的数学模型存在极大的不确定性，对焊接材料、焊接参数、焊接位置等敏感性很强，因而还需作进一步深入研究。

熔池振荡法利用不同熔透下的熔池振荡频率特征来表征与控制焊缝熔透。根据传感信号不同，现有熔池振荡法主要弧压法和弧光法。现有熔池振荡法的缺点主要在于只能实现未熔透和过熔透(x4mm)状态的传感。对于临界熔透(x＜4mm)由于缺乏相应的频率特征信号，无法实现对该状态的实时传感与控制。此外，现有的熔池振荡法在进行熔透控制时，需预先通过大量工艺试验得到固定尺寸熔池的振荡频率特征，焊接工艺流程复杂，效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于不同熔池振荡模式的连续焊接脉冲钨极氩弧焊临界熔透控制方法、装置与系统，旨在解决视觉法和传统熔池振荡法难以传感和控制GTAW焊缝临界熔透的的问题。

本发明是这样实现的，一种连续脉冲钨极氩弧焊临界熔透控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、对实时所获取的每个脉冲周期内基值阶段熔池振荡时域信号进行快速傅里叶变换，并获取熔池振荡频率的波峰个数和波峰频率特征值；

S2、利用波峰个数与波峰频率特征值的反馈量判断传感焊缝熔透状态，并实时调整焊接电流控制焊缝临界熔透状态。

优选地，在步骤S1之前还包括步骤：S0、实时采集熔池振荡时域信号。

优选地，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S20、当检测到的波峰个数为2时，判断熔池为临界熔透状态，给出控制信号保持下一个脉冲周期的峰值电流不变(I_P+i＝I_P+i-1)；

S21、当检测波峰个数为1时，判断熔池为未熔透或过熔透，进一步通过波峰频率特征值与预设阈值k进行比较：