步进电弧焊接式的脉冲钨极氩弧焊弧压传感熔透控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钨极氩弧焊质量控制技术领域，具体的说，是涉及步进电弧焊接式的 脉冲钨极氩弧焊弧压传感熔透控制方法。
【背景技术】
[0002] 脉冲钨极氩弧焊，即焊接电流周期性地在基值电流和峰值电流之间变化，以钨或 钨合金为电极，以氩气为保护气的非熔化极电弧焊。基值电流主要负责维持电弧的连续燃 烧以及局部融化工件金属；峰值电流负责使焊缝达到一定的熔深并完成焊缝的成形。脉冲 钨极氩弧焊电弧挺度好，易实现单面焊双面成形，且因加热是脉动式的，存在加热的间歇时 间，热输入小，焊缝金属性能好。脉冲钨极氩弧焊的电弧电压与电弧长度成比例，弧长的检 测通过电弧电压的监测就可以实现。
[0003] 步进电弧焊接法，如图1所示，即将一条焊缝分解成多个焊点分别焊接，同时精准 控制每一个焊点的熔透，这些焊点两两搭接，得到连续且熔透的焊缝。由于每一个焊点的熔 透是经过严格控制的，则整条焊缝的熔透也是可以保证的。设定步进距离（可由焊点搭接 量及焊接参数调整，保证焊缝背面连贯一致）后，开始焊接，获得焊点的完全熔透（即背面 熔宽达到要求）信息后，立即驱动焊枪移动一个步进距离到达下一个焊点继续焊接，循环 往复，直到整条焊缝焊接完毕。此法适用于熔透要求比较高的焊接结构焊接或重要焊缝打 底焊接中。
[0004] 步进电弧焊接法实现的关键在于熔透信息的实时传感。目前，可用于钨极氩弧焊 熔透传感的主要方法有：超声波传感、红外线传感、熔池成像传感、X射线传感和电信号传 感。对于工程、制造现场的钨极氩弧焊熔透控制的传感而言，超声波传感需要必要的降噪手 段，且需要高效的数据处理系统实时处理数据；红外线传感成本较高，传感器尺寸较大，需 与焊枪紧固成一体，故对焊枪的正常工装影响较大，且红外线成像易受电弧和钨极的热辐 射影响；熔池成像传感分为2D图像传感与3D图像传感，2D图像传感无法直接显示熔池纵 向的熔深信息，3D图像传感反应的熔池形态信息全面，但数据处理复杂耗时；X射线传感易 对操作人员的人身安全造成伤害。电信号传感所用霍尔传感器，可经导线布置于任意位置， 不干扰焊枪与工件的正常工装；霍尔传感器成本较低，经硬件噪声屏蔽后不会被干扰，信号 稳定可靠；但是电信号传感目前仍处于观测原始数据的阶段，而直接观测原始数据无法实 时获知熔透状态。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，现有各类钨极氩弧焊熔透控制方法受限于造价及 现场施工环境等因素，都基本停留于实验室应用阶段而无法用于工程、制造现场，本发明提 供了一种步进电弧焊接式的脉冲钨极氩弧焊弧压传感熔透控制方法，易于现场实现，信号 稳定可靠，熔透信息易处理且计算简单，从而能够保证熔透控制的实时性。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
[0007] -种步进电弧焊接式的脉冲钨极氩弧焊弧压传感熔透控制方法，包括如下步骤：
[0008] (1)脉冲钨极氩弧焊焊接第η个焊点时，电压信号传感器将当前时刻的电弧电压 信号通过数据采集卡传输至控制器；其中，η为焊点序号，η的初始值为1，1 < η < X ;χ为 焊点总数；
[0009] (2)控制器利用电弧电压信号实时计算脉冲峰值内电压最大差值的突增幅度 AUk'，
[0010] Λ Uk' =Λ Uk- Λ Uk_4,其中，Λ Uk为第k个脉冲的峰值内电压最大差值，Λ U k_4为 第k-4个脉冲的峰值内电压最大差值，k为脉冲序号，k的初始值为5, k多5 ;
[0011] Λ Uk= U kmax-Ukmin，Ukmax为第k个脉冲的峰值内电压最大值，U tain为第k个脉冲的 峰值内电压最小值；
[0012] (3)控制器比较Λ V与Λ U'的大小，Λ U'为预设阈值；
[0013] 当Λ V〈 Λ U'，则 k = k+Ι，执行步骤（1);
[0014] 当Λ Uk'彡Λ U'，则认为第η个焊点获得了完全熔透，执行步骤（4);
[0015] (4)控制器控制步进装置使焊枪到达第η个焊点，其中η = η+1，同时k = 5,执行 步骤（1);直至η不满足条件时，流程结束。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 本发明旨在突破超声波传感、红外线传感、熔池成像传感、X射线传感等方法在工 程实际应用中的局限，突破目前电信号传感停留在观测原始数据的局限，深度挖掘电信号 传感的数据，利用电信号传感数据的处理为基本数学运算适用于实时控制的优势，实现工 程、制造现场的实时熔透控制，以保证现场熔透要求比较高的焊接结构的质量及重要焊缝 的打底焊接质量。
【附图说明】
[0018] 图1是步进电弧焊接法的原理示意图；
[0019] 图2是定点脉冲钨极氩弧焊熔透状态演变过程示意图；
[0020] 图3是实施例中所搭建步进钨极氩弧焊焊接试验系统的结构示意图；
[0021] 图中：1、钨极氩弧焊焊机；2、焊枪；3、电压信号传感器；4、数据采集卡；5、控制器； 6、步进装置；7、工作台；8、摄像机；9、工件；10、预定焊枪轨迹；
[0022] 图4是步进电弧焊接式的脉冲钨极氩弧焊弧压传感熔透控制时序图；
[0023] 图5是本发明所提供的弧压传感熔透控制方法的流程图；
[0024] 图6是实施例中步进电弧焊接式的脉冲钨极氩弧焊弧压传感熔透控制试验效果 图；
[0025] 其中（al)是以表1中一号参数焊接中实时计算出的Λ Uk随脉冲周期数变化图， (a2)是以表1中一号参数焊接中特征信号传感时刻对应的焊缝背面照片截图；
[0026] (bl)是以表1中二号参数焊接中实时计算出的AUk随脉冲周期数变化图，（b2)是 以表1中二号参数焊接中特征信号传感时刻对应的焊缝背面照片截图；
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