[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

本发明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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下的技术方案：