CN107042351A - 一种非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，它通过焊接控制系统建立电弧，借助电压传感器对非熔化极焊枪与工件之间的电压进行采集并将其转换为相应的空间电场，建立电弧的电场分布云图，对非熔化极焊枪与焊丝之间的电压和焊丝与工件之间的电压进行采集并将其转换为相应的空间电场，并将这两个电场与电弧空间的电场强度分布云图结合，通过非熔化极焊枪和工件端分别对焊丝端部的电场线方向，取二者的交点确定焊丝端部的当前位置，实现对焊丝端部位置的判定；将有助于提高焊接过程的稳定性，并进一步提高焊缝质量。
Description
技术领域
本发明属于焊接方法技术领域，尤其涉及非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法。
背景技术
随着我国制造业的快速发展和焊接技术的不断进步，焊接制品的应用越来越广泛，已深入到汽车、机械制造、军事、航天及民用日常生活等各个领域。虽然新兴的焊接工艺，如激光焊、搅拌摩擦焊、电子束焊等对传统弧焊工艺造成极大冲击，但是传统弧焊工艺仍被认为是实现金属间可靠连接的较为经济的连接方式，并且仍受到科学工作者的关注。
非熔化极气体保护焊是传统弧焊的一个重要分支，其典型代表为钨极氩弧焊和等离子弧焊。钨极氩弧焊具有电弧稳定、保护效果好、焊件变形小、焊缝成形美观等优点，适用于较薄板的焊接；等离子弧是阴阳两极间的自由电弧因受到喷嘴的机械压缩、热压缩和电磁压缩作用而形成的高温、高电离度、高能量密度的压缩电弧，等离子弧焊具有生产效率高、焊接变形小、缺陷少等优点，适用于钢材、铝合金等的焊接。不论是在钨极氩弧焊中还是在等离子弧焊中，均需外加焊丝的送入用以向熔池填充金属，而电弧的温度分布是不均匀的，因此电弧中焊丝的端头位置将对熔敷率产生重要影响，进而会对焊缝质量产生影响。因此，有效的监测电弧中焊丝端头的位置将有助于调控焊丝端头位置，进而调节熔敷率有利于调控焊缝质量，但是目前没有一种有效的判定其位置的方法。
为了解决上述问题，本发明提出非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有焊接方法的上述不足，进一步提高非熔化极气体保护焊接过程中的可控性和稳定性，实现高质量的焊接，提供了非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法。该方法操作简单，能够适应多种焊接环境，通过与电场强度相结合实现对电弧中焊丝端头位置的确定使其处于稳定焊接位置，进而提高焊接过程的稳定性，实现高质量的焊接。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法包括以下步骤：
步骤一：焊接前，将待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，将其固定于焊接工装夹具上；并进行气路、水路、电路及空间电场强度测量回路的连接；非熔化极焊枪及焊丝均位于工件同侧，非熔化极焊枪的轴线垂直于工件，焊丝与非熔化极焊枪的轴线在同一平面且成α角，焊丝端头与非熔化极焊枪末端之间的垂直距离为H，焊丝端头与非熔化极焊枪轴线之间的水平距离为L。
步骤二：首先，建立正常的电弧，其焊接回路为非熔化极焊枪-工件-焊接电源；其次，在电弧稳定建立的条件下，逐点变化L和H，当H固定时，L从0mm开始以0.5mm的增幅使焊丝逐渐向主弧外周运动直至移出主弧区域，当L固定时，H从0mm开始以1mm的增幅使焊丝逐渐向下运动直至几乎接近工件，在H和L变化的同时使用电压传感器对非熔化极焊枪与工件之间的电压U1、非熔化极焊枪与焊丝之间的电压U2、焊丝与工件之间的电压U3进行连续采集并使用相应的信号采集软件进行记录；最后，将所采集的数据U1、U2、U3根据电场强度与电压的关系进行逐点计算，得到电弧空间的电场强度分布云图和电弧空间内的等电势面；
步骤三：开始正常焊接过程，实时采集非熔化极焊枪与焊丝之间的电压U2和焊丝与工件之间的电压U3，根据所得电压值确定焊丝分别相对与非熔化极焊枪和工件的电势差，换算为相应的电场强度E2、E3，根据所得电场强度值结合电弧空间的电场强度分布云图，得到相应的电场线即电场方向，通过非熔化极焊枪和工件端分别对焊丝端部的电场线方向，取二者的交点确定焊丝端部的当前位置。
作为优选，所述的焊接电源为直流电源或为交流电源。
作为优选，所述的非熔化极焊枪可为等离子弧焊焊枪或TIG焊焊枪。
作为优选，在开始焊接前需要进行工艺参数设定：焊接电流为0-500A，焊接速度为0-1m/min，弧高为0-20mm，保护气流量为0-20L/min，离子气流量为0-7L/min，送丝速度为0-10m/min，α角为0-90°，H为0-弧高，L为0-电弧最大直径。
作为优选，焊接过程中，所用气体均为惰性气体。
与现有技术相比，本发明方法的优点如下：
将电弧中焊丝端头位置与非熔化极焊枪之间的相对位置与空间电场强度相结合，建立一一对应的关系模型，通过空间电场强度的变化即可推出焊丝端头的位置改变，更加有利于实现对焊丝端头位置即熔敷率的控制，提高焊接质量和焊接过程中的稳定性。
附图说明
图1为非熔化极气体保护焊中焊丝端头位置判定方法的示意图。
图中：1、非熔化极焊枪，2、焊接电缆A，3、焊接电源及其控制系统，4、焊接电缆B，5、工件，6、信号线1，7、电压传感器3，8、信号线3，9、工控机，10、信号线2，11、电压传感器2，12、焊丝，13非熔化极电弧，14、电压传感器1。
具体实施方式
以下参考附图具体的说明本发明的实施方式。但本发明并不限于以下实施例。
如图1所示为非熔化极气体保护焊中焊丝端头位置判定示意图。
结合图对此判定方法的具体实施方式进行详细的说明：
如图1所示，本发明提供一种非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，该方法所涉及的装置包括非熔化极焊枪1、焊接电缆A2、焊接电源及其控制系统3、焊接电缆B 4、工件5、信号线1 6、电压传感器3 7、信号线3 8、工控机9、信号线2 10、电压传感器2 11、焊丝12、非熔化极电弧13、电压传感器1 14；非熔化极焊枪1与焊丝12位于工件5同侧，非熔化极焊枪1的轴线与工件垂直，焊丝12的轴线与非熔化极焊枪1的轴线呈α角，焊丝12端头与非熔化极焊枪1轴线的水平距离为L，与非熔化极焊枪1的垂直距离为H；电压传感器3 7、电压传感器2 11、电压传感器1 14依次对焊丝12与工件5之间的电压U3、焊丝12与非熔化极焊枪1之间的电压U2、非熔化极焊枪1与工件5之间的电压U1进行采集；其中非熔化极焊枪1、焊接电缆A 2、焊接电源及其控制系统3、焊接电缆B 4、工件5构成非熔化极弧焊系统的回路；电压信号采集回路及与该焊接方法有关焊枪所需的水路和气路连接方式采用常规的接法。所以不再具体进行说明。
所述非熔化极气体保护焊中焊丝端头位置判定方法包括以下步骤：
步骤1.将非熔化极焊枪1的气路水路按常规方法进行正确连接；将被焊工件5准备就绪；将非熔化极焊枪1、工件5等均连接到与焊接电源及控制系统3构成的回路中，其中非熔化极焊枪1的轴线垂直工件5；将焊丝12的轴线与非熔化极焊枪1的轴线呈α角，焊丝12端头与非熔化极焊枪1轴线的水平距离为L，与非熔化极焊枪1的垂直距离为H。
步骤2.非熔化极焊接电流为0-500A，焊接速度为0-1m/min，非熔化极焊枪弧高为0-10mm，保护气流量为5-20L/min，离子气流量为1.5-4L/min，送丝速度为0.5-10m/min，α角为0-90°，H为0-10mm，L为0-8mm。
步骤3.首先建立非熔化极电弧13；其次，逐点变化L和H，当H固定时，L从0mm(主弧轴心)开始以0.5mm的增幅使焊丝逐渐向主弧外周运动直至移出主弧区域，当L固定时，H从0mm(几乎贴近主路焊枪末端)开始以1mm的增幅使焊丝逐渐向下运动直至几乎接近工件，同时通过电压传感器3 7、电压传感器2 11、电压传感器1 14依次对焊丝12与工件5之间的电压U3、焊丝12与非熔化极焊枪1之间的电压U2、非熔化极焊枪1与工件5之间的电压U1进行采集(采样率大于1000Hz)；再次，将所采集的数据U1、U2、U3根据电场强度与电压的关系进行逐点计算，得到电弧空间的电场强度分布云图和电弧空间内的等电势面
步骤4：开始正常焊接过程，实时采集非熔化极焊枪1与焊丝12之间的电压U2和焊丝12与工件5之间的电压U3，根据所得电压值确定焊丝12分别相对与非熔化极焊枪1和工件5的电势差，换算为相应的电场强度E2、E3，根据所得电场强度值结合电弧空间的电场强度分布云图，得到相应的电场线即电场方向，通过非熔化极焊枪1和工件5端分别对焊丝12端部的电场线方向，取二者的交点确定焊丝12端部的当前位置。进而有助于调节焊丝端部位置，实现稳定的高质量焊接。
本发明的非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，通过焊接控制系统建立电弧，借助电压传感器对非熔化极焊枪与工件之间的电压进行采集并将其转换为相应的空间电场，建立电弧的电场分布云图，对非熔化极焊枪与焊丝之间的电压和焊丝与工件之间的电压进行采集并将其转换为相应的空间电场，并将这两个电场与电弧空间的电场强度分布云图结合，通过非熔化极焊枪和工件端分别对焊丝端部的电场线方向，取二者的交点确定焊丝端部的当前位置，实现对焊丝端部位置的判定；将有助于提高焊接过程的稳定性，并进一步提高焊缝质量。
Claims (5)
1.一种非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：焊接前，将待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，将其固定于焊接工装夹具上；并进行气路、水路、电路及空间电场强度测量回路的连接；非熔化极焊枪及焊丝均位于工件同侧，非熔化极焊枪的轴线垂直于工件，焊丝与非熔化极焊枪的轴线在同一平面且成α角，焊丝端头与非熔化极焊枪末端之间的垂直距离为H，焊丝端头与非熔化极焊枪轴线之间的水平距离为L。
步骤二：首先，建立正常的电弧，其焊接回路为非熔化极焊枪-工件-焊接电源；其次，在电弧稳定建立的条件下，逐点变化L和H，当H固定时，L从0mm开始以0.5mm的增幅使焊丝逐渐向主弧外周运动直至移出主弧区域，当L固定时，H从0mm开始以1mm的增幅使焊丝逐渐向下运动直至几乎接近工件，在H和L变化的同时使用电压传感器对非熔化极焊枪与工件之间的电压U1、非熔化极焊枪与焊丝之间的电压U2、焊丝与工件之间的电压U3进行连续采集并使用相应的信号采集软件进行记录；最后，将所采集的数据U1、U2、U3根据电场强度与电压的关系进行逐点计算，得到电弧空间的电场强度分布云图和电弧空间内的等电势面；
步骤三：开始正常焊接过程，实时采集非熔化极焊枪与焊丝之间的电压U2和焊丝与工件之间的电压U3，根据所得电压值确定焊丝分别相对与非熔化极焊枪和工件的电势差，换算为相应的电场强度E2、E3，根据所得电场强度值结合电弧空间的电场强度分布云图，得到相应的电场线即电场方向，通过非熔化极焊枪和工件端分别对焊丝端部的电场线方向，取二者的交点确定焊丝端部的当前位置。
2.根据权利要求1所述的非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，其特征在于，所述的焊接电源为直流电源或为交流电源。
3.根据权利要求1所述的非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，其特征在于，所述的非熔化极焊枪可为等离子弧焊焊枪或TIG焊焊枪。
4.根据权利要求1所述的非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，其特征在于，在开始焊接前需要进行工艺参数设定：焊接电流为0-500A，焊接速度为0-1m/min，弧高为0-20mm，保护气流量为0-20L/min，离子气流量为0-7L/min，送丝速度为0-10m/min，α角为0-90°，H为0-弧高，L为0-电弧最大直径。
5.根据权利要求1所述的非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法，其特征在于，焊接过程中，所用气体均为惰性气体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20170815 Assignee: Beijing Beigong University Science Park Co.,Ltd. Assignor: Beijing University of Technology Contract record no.: X2024980001854 Denomination of invention: A method for determining the end position of non melting electrode gas shielded welding wire Granted publication date: 20190430 License type: Common License Record date: 20240201 |
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