CN107885244A - 环缝焊控制方法、装置及系统、计算机可读存储介质 - Google Patents

环缝焊控制方法、装置及系统、计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

一种环缝焊控制方法、装置及系统、计算机可读存储介质，所述环缝焊控制方法包括：获取焊接工件的行程参数数据；当检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。采用上述方案，可以提高环缝焊的焊缝检查合格率。

Description

环缝焊控制方法、装置及系统、计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种环缝焊控制方法、装置及系统、计算机可读存储介质。
背景技术
金属压力容器是一种存储流体介质的特种装备，容器的焊接须能通过探伤检测达到一定的技术标准。为保证优质焊接质量和高效率，通常在薄壁筒体弧焊过程中，采用等离子精密弧焊。
等离子弧是靠压缩效应后形成的聚束电弧，具有较强的穿透能力，能满足3-8mm厚钢板的一次性穿透，但由此也带来了穿透工件后金属流到钢板背面而导致钢板正面凹陷而不能通过探伤检测。为了能使得工件通过探伤检测，在焊接过程中需要加添焊丝。
然而，对于圆形工件环缝焊，与起弧段重合后形成一个闭环，在收弧端存在留下的熔池匙孔无法填充饱满所导致焊接缺陷，影响环缝焊所焊接工件的焊缝检查合格率。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何提高环缝焊的焊缝检查合格率。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种环缝焊控制方法，包括：获取焊接工件的行程参数数据；当检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。
可选地，所述焊接参数包括：焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度。
可选地，所述焊接工件的行程参数为旋转电机的旋转角度。
可选地，所述衰减条件包括：所述旋转电机的旋转角度值达到预设第一角度。
可选地，所述第一角度与待焊接工件的厚度及直径均正相关。
可选地，所述控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减，包括：控制焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度进行第一阶段脉冲衰减；当检测到满足第一阶段的脉冲衰减停止条件时，控制所述旋转电机停止工作，并控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减。
可选地，所述第一阶段的脉冲衰减停止条件包括：所述旋转电机的旋转角度达到预设第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。
可选地，所述第二角度与待焊接工件的厚度及直径正相关。
可选地，所述控制送丝速度进入第二阶段脉冲衰减，包括：增加送丝速度；控制送丝速度进行脉冲衰减以减小送丝速度。
可选地，所述控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减之后，还包括：当检测到所述第二阶段脉冲衰减持续达到预设时长后，停止衰减。
可选地，所述衰减幅度与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长、脉冲峰值持续时长相关。
本发明实施例还提供一种环缝焊控制装置，包括：获取单元，适于接收焊接工件的行程参数数据；检测单元，适于检测所接收到的焊接工件的行程参数数据是否满足衰减条件；控制单元，适于当所述检测单元检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照衰减幅度进行脉冲衰减。
可选地，所述焊接参数包括：焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度。
可选地，所述焊接工件的行程参数为旋转电机的旋转角度。
可选地，所述衰减条件包括：所述旋转电机的旋转角度值达到预设第一角度。
可选地，所述第一角度与待焊接工件的厚度及直径均正相关。
可选地，所述控制单元，适于控制焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度进行第一阶段脉冲衰减；当检测到满足第一阶段的脉冲衰减停止条件时，控制所述旋转电机停止工作，并控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减。
可选地，所述第一阶段的脉冲衰减停止条件包括：所述旋转电机的旋转角度达到预设第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。
可选地，所述第二角度与待焊接工件的厚度及直径正相关。
可选地，所述控制单元，适于增加送丝速度，并送丝速度进行脉冲衰减以减小送丝速度。
可选地，所述环缝焊控制装置还包括：停止衰减单元，适于在控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减之后，当检测到所述第二阶段脉冲衰减持续达到预设时长后，停止衰减。
可选地，所述衰减幅度与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长、脉冲峰值持续时长相关。
本发明实施例还提供一种环缝焊控制系统，包括：检测装置及上述任一所述的环缝焊控制装置，其中：所述检测装置，适于检测焊接工件的行程参数数据，并发送至所述环缝焊控制装置。
可选地，所述检测装置为位移传感器。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
当检测到焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。采用脉冲衰减的方式可以有效的控制能量的变化，使得能量有梯度的衰减，提高焊丝的融化度，能够较好的维持熔池金属液态形态，从而可以在收弧端较好的填充熔池匙孔，提高环缝焊的焊缝检查合格率。
进一步地，在控制焊接参数进行分阶段的脉冲衰减，且第一阶段衰减以及第二阶段脉冲衰减的衰减参数不同，这样可以在第二阶段时，在旋转电机停止工作的情况下，也即在焊接工件静止的情况下，专注于熔池匙孔的填充，从而可以进一步提高熔池匙孔的填充的饱满度，提高一次性焊缝的合格率，减少补焊工作程序，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例中一种环缝焊控制方法的流程图；
图2是本发明实施例中一种环缝焊接过程中的原点坐标系示意图；
图3是本发明实施例中一种焊接电源的电流脉冲衰减示意图；
图4是本发明实施例中一种离子气流量的脉冲衰减示意图；
图5是本发明实施例中一种送丝速度的脉冲衰减示意图；
图6是本发明实施例中一种旋转电机的旋转速度的脉冲衰减示意图；
图7是现有技术中一种焊接电源的电流衰减示意图；
图8是现有技术中一种离子气流量的衰减示意图；
图9是现有技术中一种送丝速度的衰减示意图；
图10是现有技术中一种旋转电机的旋转速度的衰减示意图；
图11是现有技术中一种熔池匙孔收孔状态示意图；
图12是本发明实施例中一种熔池匙孔收孔状态示意图；
图13是本发明实施例中一种环缝焊控制装置的结构示意图；
图14是本发明实施例中一种环缝焊控制系统的结构示意图。
具体实施方式
在常规的等离子焊接过程中，熔池成形的机理是电弧穿透工件后熔化的金属熔池随着工件的移动时候保持一种动态平衡，即电弧吹力，熔池重力及熔池表面张力有一个力的平衡作用，该平衡作用保持在连续焊接过程中即形成了一条稳定的焊缝。
在通常焊接过程中需要控制等离子焊接电流，等离子气流量和送丝速度与焊接速度合理的匹配，形成稳定的电弧。对于焊接即将结束时即需要将熔化的能量逐渐减小并停止电弧的燃烧。在能量减小过程中，熔化与冷却凝固也需要保持较好的过渡，否则就会导致焊缝表面有未熔合及弧坑填不满的缺陷。一般情况使用电流衰减和送丝速度下降与焊接速度匹配的方式进行收小孔。该方法是通过集中控制器通过预前编程的办法将这三种焊接参数进行设定，按照一定的焊接角度或焊接长度信号给予指令后自动按程序执行相关动作。在工件厚度小于5mm的情况下，由于电弧能量小，电流和送丝的控制敏感度高，容易通过这两种参数的设定范围来收好电弧小孔，而对于板厚大于5mm的钢板，由于电弧穿透能力更大，熔池受重力、表面张力及电弧吹力的作用就容易失衡，熔化和凝固的平衡也被打破，造成收小孔失败。
这种方法适用于在工件厚度5mm以下电弧能量小且工件组对精度高的情况下，对于厚度大于5mm的工件，电弧穿透能量大且组对错边间隙较大的情况下，由于等离子气体流量不能控制，且焊接电流与送丝的影响因子也不再是绝对的平衡因素，没有合理的能量控制办法来弥补熔化和凝固的平衡过程，收匙孔的稳定性和一次合格率低，经常需要辅助返修来补救。
在本发明实施例中，当检测到焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。采用脉冲衰减的方式可以有效的控制能量的变化，使得能量有梯度的衰减，提高焊丝的融化度，能够较好的维持熔池金属液态形态，从而可以在收弧端较好的填充熔池匙孔，提高环缝焊的焊缝检查合格率。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，给出的本发明实施例中一种环缝焊控制方法的流程图，所述环缝焊控制方法可以包括以下步骤。
步骤11，获取焊接工件的行程参数数据。
在具体实施中，在工件的环缝焊中，焊接工件在旋转电机的带动下转动，焊接工件的行程参数可以为旋转电机的旋转角度。
步骤12，当检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。
在具体实施中，可以将获取到的焊接工件的行程参数数据与预先设定的衰减条件进行比对，当检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，可以控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。
在具体实施中，所述焊接参数可以包括：焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度。
在焊接启动时，通常会设定此次焊接过程中焊接参数的取值，例如，设置焊接电流的取值、送丝速度、离子气流量以及旋转电机的旋转速度。
在本发明一实施例中，所述衰减条件为所述旋转电机的旋转角度值达到预设第一角度。
其中，所述第一角度可以与焊接工件的厚度及直径正相关，当焊接工件的厚度较厚或焊接工件的直径较大时，所述第一角度的取值可以相应的增大。
例如，可以实时获取焊接工件的旋转角度，也即实时获取旋转电机的旋转角度。当获取到的旋转角度达到360°时，此时满足衰减条件对应的旋转电机的旋转角度为360°，可以控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。
采用上述方案，当检测到焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。采用脉冲衰减的方式可以有效的控制能量的变化，使得能量有梯度的衰减，提高焊丝的融化速度，能够较好的维持熔池金属液态形态，从而可以在收弧端较好的填充熔池匙孔，提高环缝焊的焊缝检查合格率。
为进一步提高环缝焊在收弧时熔池匙孔的填充丰满度，在控制焊接参数脉冲衰减时可以分两阶段进行。具体的说，控制焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转角度进行第一阶段脉冲衰减。当检测到满足第一阶段的脉冲衰减停止条件时，控制所述旋转电机停止工作，并控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减。
焊接参数的衰减幅度可以与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长、脉冲峰值持续时长相关。在具体实施中，可以根据所设定的脉冲周期数目、以及脉冲基值持续时长和脉冲峰值持续时长设定所需要的衰减幅度。
在本发明一实施例中，第一阶段的脉冲衰减停止条件可以为所述旋转电机的旋转角度达到预设第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。
在具体实施中，所述第二角度可以与待焊接工件的厚度及直径相关。
可以理解的是，在实际应用中，第一阶段的脉冲衰减停止条件还可以存在其他与旋转电机的旋转角度相关的变形。例如，达到所设定的时长，所设定的时长可以通过旋转电机的旋转角度及旋转速度得到。
在具体实施中，当进入第二阶段脉冲衰减后，可以控制控制旋转电机停止旋转，也即进入工件静止阶段的衰减，此时，焊接电源的电流、离子气流量以及送丝速度均各自分别按照第二阶段的衰减幅度进行脉冲衰减。焊接电源的电流、离子气流量以及送丝速度的衰减过程相对独立。
在第二阶段的脉冲衰减主要是为了将熔池匙孔填充饱满，为了提高熔池匙孔的填充饱满度，在送丝速度的第二阶段脉冲衰减过程中，可以先增加送丝速度，并控制送丝速度开始脉冲衰减，以减小送丝速度。
当检测到第二阶段脉冲衰减达到预设时长后，可以控制焊接参数停止衰减。
在焊接参数脉冲衰减时，各焊接参数的衰减幅度与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长以及脉冲峰值持续时长相关，具体如下：
一、第一阶段的脉冲衰减各焊接参数的变化
设定第一角度θ1和第二角度θ2，焊接工件的直径D，第一阶段的旋转电机的行程为L，其中，L＝(θ2-θ1)πD/360。
设定每周期衰减长度为C，C＝Cm+Cj。其中，Cm＝Cj，0≤Cm≤5mm。Cm对应的角度为θm，Cj对的角度为θj，θm＝θj＝360Cm/πD。其中，θm为峰值段衰减的角度，θj为基值段衰减的角度。
N1＝L/C，脉冲周期数目n1＝[N1]+1；n1、k均为正整数，1≤k≤n1。
(1)焊接电源的电流的衰减情况
相邻周期脉冲基值电流Ij变化梯度为(I1-I2)/n1；I1为第一周期的峰值电流，I2为最后一周期的基值电流。
计算第一脉冲衰减阶段过程中的每个周期的基值电流：
第一周期基值电流Ij1＝I1-(I1-I2)/n1；
第二周期基值电流Ij2＝I1-2(I1-I2)/n1；
第三周期基值电流Ij3＝I1-3(I1-I2)/n1；
……
第k周期基值电流Ijk＝I1-k(I1-I2)/n1。
根据每个周期的基值电流分别计算对应周期的峰值电流：
第一周期峰值电流为Im1＝I1；
第二周期峰值电流Im2＝(Im1+Ij1)/2；
第三周期峰值电流Im3＝(Im2+Ij2)/2；
……
第k周期峰值电流Imk＝(Im(k-1)+Ij(k-1))/2。
(2)离子气流量的衰减情况
相邻周期脉冲基值离子气流量Lj变化梯度为(L1-L2)/n1，L1为第一周期的峰值离子气流量，L2为最后一周期的基值离子气流量。
计算第一脉冲衰减阶段过程中的每个周期的基值离子气流量：
第一周期基值离子气流量Lj1＝L1-(L1-L2)/n1；
第二周期基值离子气流量Lj2＝I1-2(L1-L2)/n1；
第三周期基值离子气流量Lj3＝I1-3(L1-L2)/n1；
……
第k周期基值离子气流量Ljk＝L1-k(L1-L2)/n1。
根据每个周期的基值离子气流量分别计算对应周期的峰值离子气流量：
第一周期峰值离子气流量为Lm1＝L1；
第二周期峰值离子气流量Lm2＝(Lm1+Lj1)/2；
第三周期峰值离子气流量Lm3＝(Lm2+Lj2)/2；
……
第k周期峰值离子气流量Lmk＝(Lm(k-1)+Lj(k-1))/2。
(3)旋转电机的旋转速度衰减情况：
相邻周期脉冲基值旋转速度VRj变化梯度为(VR1-VR2)/n1，VR1为第一周期的峰值旋转速度，VR2为最后一周期的基值旋转速度。
计算第一脉冲衰减阶段过程中的每个周期的旋转电机的基值旋转速度：
第一周期基值旋转速度VRj1＝VR1-(VR1-VR2)/n1；
第二周期基值旋转速度VRj2＝VR1-2(VR1-VR2)/n1；
第三周期基值旋转速度VRj3＝VR1-3(VR1-VR2)/n1；
……
第k周期基值旋转速度VRjk＝VR1-k(VR1-VR2)/n1。
根据每个周期的基值旋转速度分别计算对应周期的峰值旋转速度：
第一周期峰值旋转速度为VRm1＝VR1；
第二周期峰值旋转速度VRm2＝(VRm1+VRj1)/2；
第三周期峰值旋转速度VRm3＝(VRm2+VRj2)/2；
……
第k周期峰值旋转速度VRmk＝(VRm(k-1)+VRj(k-1))/2。
(4)送丝速度的衰减情况
相邻周期脉冲送丝速度VSj变化梯度为(VS1-VS2)/n1，VS1为第一周期的峰值送丝速度，VS2作为最后一周期的基值送丝速度。
计算第一脉冲衰减阶段过程中的每个周期的基值送丝速度。
第一周期基值送丝速度VSj1＝VS1-(VS1-VS2)/n1；
第二周期基值送丝速度VSj2＝VS1-2(VS1-VS2)/n1；
第三周期基值送丝速度VSj3＝VS1-3(VS1-VS2)/n1；
……
第k周期基值送丝速度VSjk＝VS1-k(VS1-VS2)/n1。
根据每个周期的基值送丝速度分别计算对应周期的峰值送丝速度：
第一周期峰值送丝速度为VSm1＝VS1；
第二周期峰值送丝速度VSm2＝(VSm1+VSj1)/2；
第三周期峰值送丝速度VSm3＝(VSm2+VSj2)/2；
……
第k周期峰值送丝速度VSmk＝(VSm(k-1)+VSj(k-1))/2。
二、第二阶段脉冲衰减过程中各焊接参数的变化
设置第二阶段脉冲衰减开始时刻t1及结束时刻t2，衰减周期T，其中T＝tm+tj，其中，tm＝tj，0≤tm≤0.5。N2＝(t2-t1)/T，脉冲周期数目n2＝[N2]+1。其中，tm为峰值段持续时长，tj为基值段持续时长脚标，n2、h均为正整数，1≤h≤n2。
(1)焊接电源的电流衰减情况
相邻周期脉冲基值电流Ij变化梯度为(I2-I3)/n2，I2为第一周期的峰值电流，I3为最后一个周期的基值电流。
计算第二阶段脉冲衰减过程中的每个周期的基值电流：
第一周期基值电流Ij1＝I2-(I2-I3)/n2；
第二周期基值电流Ij2＝I2-2(I2-I3)/n2；
第三周期基值电流Ij3＝I2-3(I2-I3)/n2；
……
第h周期基值电流Ijh＝I2-h(I2-I3)/n2。
根据每个周期的基值电流分别计算对应周期的峰值电流：
第一周期峰值电流为Im1＝I2；
第二周期峰值电流Im2＝(Im1+Ij1)/2；
第三周期峰值电流Im3＝(Im2+Ij2)/2；
……
第h周期峰值电流Imh＝(Im(h-1)+Ij(h-1))/2。
(2)离子气流量的衰减情况
相邻周期脉冲基值离子气流量Lj变化梯度为(L2-L3)/n2，L2为第一周期的峰值离子气流量，L3为最后一周期的基值离子气流量；
计算第二阶段脉冲衰减过程中的每个周期的基值离子气流量：
第一周期基值离子气流量Lj1＝L2-(L2-L3)/n2；
第二周期基值离子气流量Lj2＝I2-2(L2-L3)/n2；
第三周期基值离子气流量Lj3＝I2-3(L2-L3)/n2；
……
第h周期基值离子气流量Ljh＝L2-h(L2-L3)/n2。
根据每个周期的基值离子气流量分别计算对应周期的峰值离子气流量：
第一周期峰值离子气流量为Lm1＝L1；
第二周期峰值离子气流量Lm2＝(Lm1+Lj1)/2；
第三周期峰值离子气流量Lm3＝(Lm2+Lj2)/2；
……
第h周期峰值离子气流量Lmh＝(Lm(h-1)+Lj(h-1))/2。
(3)送丝速度的衰减变化情况
相邻周期脉冲基值送丝速度VSj变化梯度为(VS’2-VS3)/n2，VS’2为第一周期的峰值送丝速度，VS3为最后一周期的基值送丝速度。
计算第二阶段脉冲衰减过程中的每个周期的基值送丝速度：
第一周期基值送丝速度VSj1＝VS’2-(VS’2-VS3)/n2；
第二周期基值送丝速度VSj2＝VS’2-2(VS’2-VS3)/n2；
第三周期基值送丝速度VSj3＝VS’2-3(VS’2-VS3)/n2；
……
第h周期基值送丝速度VSjh＝VS’2-h(VS’2-VS3)/n2。
根据每个周期的基值送丝速度分别计算对应周期的峰值送丝速度：
第一周期峰值送丝速度为VSm1＝VS’2；
第二周期峰值送丝速度VSm2＝(VSm1+VSj1)/2；
第三周期峰值送丝速度VSm3＝(VSm2+VSj2)/2；
……
第h周期峰值送丝速度VSmh＝(VSm(h-1)+VSj(h-1))/2。
等离子焊接是一个涉及传热、流动、固液相变等过程的复杂物理现象，为了描述穿孔等离子弧的热过程，小孔区热源采用双椭球体与锥体的组合式体积热源。设定熔池内高温金属溶液为不压缩的牛顿流体，处于层流流动，同时忽略金属蒸发；熔池内液体流动的驱动力主要考虑表面张力、电磁力和浮升力，其中表面张力起主导作用；材料热传导系数、动力粘度、对流换热系数均为温度的函数，比热容和密度设为定值。下面结合图2给出的焊接过程中的原点坐标系，对熔池匙孔直径的计算进行说明。
1)、采用公式(1)～(6)建立小孔区热源模型。
其中，焊接上部分为双椭球热源。
当y＜0，Z≤H1时，
当y≥0，Z≤H1时，
焊接下部分为圆锥体热源。
当Z＞H1时，
r0(z)＝re-(re-ri)； (6)
式(1)～(6)中，Q0为形成小孔消耗的电弧热功率，为Q1、Q2与Q3之和；a1、a2、b和c为双椭球体热源的分布参数，re为锥体的热源作用在工件上表面的热流分布半径，ri为锥体的热源作用在工件下表面的热流分布半径；ze为锥体的热源作用在工件上表面的Z轴坐标，zi为锥体的热源作用在工件下表面的Z轴坐标，H2位锥体热源高度，m1是上部体积热源的能量分配系数，m2是下部体积热源的能量分配系数，且m1与m2之和为1；u0为速度矢量，沿x轴方向速度。
2)、采用公式(7)计算焊丝熔化吸收电弧的热量。
q1＝ρπr2Vf[Cs(Tm-TR)+Cl(T-Tm)+Lm]； (7)
式中，ρ为焊丝的密度，r为焊丝的半径，Vf为送丝速度，Cs为焊丝金属固态比热容，Cl为焊丝金属液态比热容，TR为焊丝参考温度，Tm为焊丝金属熔点，Lm为熔化潜热，T为融化焊丝的融滴温度。
3)、采用公式(8)～(11)计算压缩喷嘴区消耗的电弧能量。
q2＝hA(T1-Tw)； (8)
式(8)～(11)中，h为热传递系数，A为喷嘴孔道环形面积，T1位氩气等离子体射流温度，Tw为喷嘴孔壁温度，λ为热传导系数，R为喷嘴孔半径，Re为雷诺数，L1喷嘴孔长度，ρ为氩气的密度，υ为等离子体的射流速度，μ为等离子体的动力粘度，D为喷嘴孔直径，Cp为等离子体的比热容。
4)、采用公式(12)计算弧柱区电弧热辐射消耗的能量。
q3＝σcε(T4-Te 4)； (12)
5)、采用公式(13)计算弧柱区电弧与空气热交换消耗的能量。
q4＝48L2ρυCp(T-Te)； (13)
6)、采用公式(14)计算工件热传导消耗的能量。
式(12)～(14)中，σ为斯蒂芬.玻尔兹曼常数，ε为热辐射率，c为等离子弧柱的周长，T为等离子弧柱温度，Te为焊接环境温度，ρ为等离子气体的密度，υ为等离子体射流速度，h为热传递系数，A1为小孔环形面积，H为等离子弧的焓值，Cp为等离子体的比热容。
7)、等离子弧穿过工件由尾弧带走的能量q6。
所以等离子弧焊所需的电弧总能量Q＝Q0+q1+q2+q3+q4+q5+q6。在收弧过程中，小孔消失q6＝0。电弧能量Q＝UI。其中U＝f(I，h1，L)，即电弧电压是电流、电弧高度、离子气流量函数。
在收弧过程中，通过控制给定的电流、电弧高度、离子气流量和旋转速度情况下，可以分别计算出Q、q1、q2、q3、q4、q5的大小，从而计算Q0＝Q-q1-q2-q3-q4-q5。对焊接数学模型Q0＝f(a1，a2，b，c)进行求解，就可模拟出熔池匙孔形状。
在本发明一实施例中，可以采用焊接控制装置对焊接过程进行控制，其中，焊接控制装置可以为单片机、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等具有控制功能的装置。在焊接控制装置的人机交互界面上可以进行焊接参数的设置，如设置焊接电源输出的电流、旋转电机的旋转速度、离子气流量等，送丝速度等。
在具体实施中，可以通过主控制箱控制输出至电流轴的焊接电源电流的大小、输出至离子气轴的离子气流量、输出至送丝轴的送丝速度、旋转电机输出至旋转轴的旋转速度，此外，还可以根据所设定的功能对其他轴的功能进行控制。
当检测到旋转电机的旋转角度达到预设第一角度θ1时，生成衰减信号，启动协同程序，控制各焊接参数同时进入第一阶段脉冲衰减。在第一角度θ1至第二角度θ2的阶段中，使得电流按梯度衰减，离子气按梯度衰减、送丝按梯度衰减，旋转按梯度衰减，各焊接参数的衰减过程如图3～6所示，其中第一角度θ1及第二角度θ2均为与时间t相关的函数，单位为度，时间t的单位为min。当还存在其他轴时，可以同时控制其他轴对应的焊接参数进行相应的梯度衰减。其中，按梯度衰减也即是按照脉冲衰减。
在第一阶段脉冲衰减过程中，当检测到旋转电机的旋转角度达到预设第二角度θ2时，可以启动静止衰减，也即进入第二阶段脉冲衰减。通过启动协同程序，控制各焊接参数同时进入第二阶段脉冲衰减。控制旋转电机停止旋转，也即旋转轴停止旋转。控制电流按梯度衰减、控制离子气流量按梯度衰减，控制送丝速度先增加，后减小。
设定旋转电机角度达到第二角度θ2时对应的时刻为t1，在第二阶段脉冲衰减过程中，当脉冲衰减时间持续时长达到t2时，完成第二阶段脉冲衰减。
在具体实施中，可以采用公式(15)～(21)对各焊接参数在第一阶段脉冲衰减及第二阶段脉冲衰减过程中的衰减平均值进行验证。
采用公式(15)计算焊接电流在第一阶段脉冲衰减过程中的电流衰减平均值ΔI1。
采用公式(16)计算焊接电流在第二阶段脉冲衰减过程中的电流衰减平均值ΔI2。
采用公式(17)计算离子气在第一阶段脉冲衰减过程中的离子气流量衰减平均值ΔL1。
采用公式(18)计算离子气在第二阶段脉冲衰减过程中的离子气流量衰减平均值ΔL2。
采用公式(19)计算送丝速度在第一阶段脉冲衰减过程中的送丝速度衰减平均值ΔVs1。
采用公式(20)计算送丝速度在第二阶段脉冲衰减过程中的送丝速度衰减平均值ΔVs2。
采用公式(21)计算旋转电机的旋转速度在第一阶段脉冲衰减过程中的旋转速度衰减平均值ΔVR1。
在第二阶段脉冲衰减过程中，旋转电机已停止旋转，故旋转电机的旋转速度平均值为0。
式(15)～(21)中，I峰为电流的脉冲峰值，I基为电流的脉冲基值，L峰为离子气流量的脉冲峰值，L基为离子气流量的脉冲基值，Vs峰为送丝速度的脉冲峰值，Vs基为送丝速度的脉冲基值，VR峰为旋转速度的脉冲峰值，VR基为旋转速度的脉冲基值，n为脉冲数目，θ1为第一角度，θ2为第二角度，t1为第二阶段脉冲衰减的开始时刻，t2为第二阶段脉冲衰减的结束时刻。
参照图7～10，为现有技术中各焊接参数衰减示意图。在现有技术中，焊接电源电流、送丝速度及旋转电机的旋转角度按照线性衰减。
可以采用公式(22)～(24)计算现有技术中各焊接参数的衰减平均值。
采用公式(22)计算焊接电源的电流在衰减过程中的平均值ΔI’。
采用公式(23)计算送丝速度在衰减过程中的平均值ΔVs’。
采用公式(24)计算旋转电机的旋转速度在衰减过程中的平均值ΔVR’。
其中，在衰减过程中，离子气流量不变。
式(22)～(24)中，θ1’为衰减开始时刻对应的旋转电机的旋转角度，θ2’为衰减结束时刻对应的旋转电机的旋转角度。I1’为衰减开始时刻对应的焊接电源的电流，I2’为衰减结束时刻对应的焊接电源的电流。L1’为衰减开始时刻对应的离子气流量，L2’为衰减结束时刻对应的离子气流量。Vs1’为衰减开始时刻对应的送气速度，Vs2’为衰减结束时刻对应的送气速度。VR1’为衰减开始时刻对应的旋转电机的旋转速度，VR2’为衰减结束时刻对应的旋转电机的旋转速度。
本发明实施例通过协调四种变量焊接参数，来实现良好地收等离子匙孔。四种变量协调控制即电流脉冲衰减，送丝速度脉冲衰减，等离子气流量脉冲衰减，旋转电机旋转速度脉冲衰减。
脉冲是最有效的控制能量输入的方法，合理的脉冲匹配可保持熔化和凝固过程的平衡，但单一的参数的脉冲控制对熔化和凝固的影响效果并不明显，且参数设置范围窄且敏感也不易获得稳定的焊缝收孔。通过增加输出控制的硬件和软件程序，使输出的等离子电流，等离子气流量，送丝速度及行走速度都能脉冲控制，对焊接能量的综合效果就非常明显且控制参数带宽泛，容易满足实际需求。
衰减过程分两阶段完成，第一阶段脉冲衰减是当收到衰减收弧信号后，旋转电机的旋转速度按一定的速度与电流，离子气流量，送丝速度及焊接速度同步衰减，以适应焊接输入能力和凝固冷却保持平衡并将小孔逐渐缩小，当到一定角度后，旋转电机停止转动，完成第一阶段脉冲衰减，该阶段以旋转角度为坐标轴变量。之后，电流，离子气流量进一步衰减，增加送丝速度直至填满弧坑。电流，离子气流量和送丝全部停止，该阶段以时间为坐标变量。
采用本发明实施例提供的脉冲衰减的方式对各焊接参数进行衰减与现有的衰减过程中采用直线衰减相比，可以更好的控制衰减过程中能量的变化。
参照图11为现有技术中熔池匙收孔状态示意图。衰减时的起弧点A，熔池匙孔B，由图中可以看出，最终熔池匙孔B的填充并不饱满。
图12为本发明实施例中一种熔池匙收孔状态示意图。衰减时的起弧点A’，熔池匙孔B’，由图中可知，经过第一阶段的脉冲衰减C和第二阶段的脉冲衰减D后，熔池匙孔B’的得到饱满的填充。故采用本发明实施例得到的熔池匙孔的填充效果更好。
本发明实施例还提供一种环缝焊控制装置。参照图13，所述环缝焊控制装置13可以包括：获取单元131、检测单元132及控制单元133，其中：
所述获取单元131，适于接收焊接工件的行程参数数据；
所述检测单元132，适于检测所接收到的焊接工件的行程参数数据是否满足衰减条件；
所述控制单元133，适于当所述检测单元132检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照衰减幅度进行脉冲衰减。
在具体实施中，所述焊接参数可以包括：焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度。
在本发明一实施例中，所述焊接工件的行程参数为旋转电机的旋转角度。
在具体实施中，所述衰减条件可以包括：所述旋转电机的旋转角度值达到预设第一角度。
在具体实施中，所述第一角度与待焊接工件的厚度及直径均正相关。
在具体实施中，所述控制单元133，适于控制焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度进行第一阶段脉冲衰减；当检测到满足第一阶段的脉冲衰减停止条件时，控制所述旋转电机停止工作，并控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减。
在具体实施中，所述第一阶段的脉冲衰减停止条件包括：所述旋转电机的旋转角度达到预设第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。其中，所述第二角度与待焊接工件的厚度及直径正相关。
在具体实施中，所述控制单元133，适于增加送丝速度，并控制送丝速度进行脉冲衰减以减小送丝速度。
在具体实施中，所述环缝焊控制装置13还可以包括：停止衰减单元(图13未示出)，适于在控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减之后，当检测到所述第二阶段脉冲衰减持续达到预设时长后，停止衰减。
在具体实施中，所述衰减幅度与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长、脉冲峰值持续时长相关。
在具体实施中，所述环缝焊控制装置的工作原理及工作流程可以参考本发明上述实施例中提供的环缝焊控制方法中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种环缝焊控制系统。参照图14，所述环缝焊控制系统可以包括本发明上述实施例提供的任一种环缝焊控制装置13及检测装置14。
在具体实施中，所述检测装置14可以检测焊接工件的行程参数数据，并发送至所述环缝焊控制装置13。
在具体实施中，所述检测装置14可以为位移传感器。所述位移传感器可以获取旋转电机的旋转角度。所述检测装置14与环缝焊控制装置13相对独立设置，也可以为集成于环缝焊控制装置13内。
在具体实施中，所述环缝焊控制系统的工作原理及工作流程可以参考本发明上述实施例提供的环缝焊控制方法或环缝焊控制装置中的描述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (26)

1.一种环缝焊控制方法，其特征在于，包括：
获取焊接工件的行程参数数据；
当检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减。
2.根据权利要求1所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述焊接参数包括：焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度。
3.根据权利要求2所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述焊接工件的行程参数为旋转电机的旋转角度。
4.根据权利要求3所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述衰减条件包括：所述旋转电机的旋转角度值达到预设第一角度。
5.根据权利要求4所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述第一角度与待焊接工件的厚度及直径均为正相关。
6.根据权利要求4所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述控制焊接参数分别按照对应的衰减幅度进行脉冲衰减，包括：
控制焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度进行第一阶段脉冲衰减；
当检测到满足第一阶段的脉冲衰减停止条件时，控制所述旋转电机停止工作，并控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减。
7.根据权利要求6所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述第一阶段的脉冲衰减停止条件包括：
所述旋转电机的旋转角度达到预设第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。
8.根据权利要求7所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述第二角度与待焊接工件的厚度及直径正相关。
9.根据权利要求6所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述控制送丝速度进入第二阶段脉冲衰减，包括：
增加送丝速度；
控制送丝速度进行脉冲衰减以减小送丝速度。
10.根据权利要求6所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减之后，还包括：
当检测到所述第二阶段脉冲衰减持续达到预设时长后，停止衰减。
11.根据权利要求1所述的环缝焊控制方法，其特征在于，所述衰减幅度与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长、脉冲峰值持续时长相关。
12.一种环缝焊控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，适于接收焊接工件的行程参数数据；
检测单元，适于检测所接收到的焊接工件的行程参数数据是否满足衰减条件；
控制单元，适于当所述检测单元检测到所述焊接工件的行程参数数据满足衰减条件时，控制焊接参数分别按照衰减幅度进行脉冲衰减。
13.根据权利要求12所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述焊接参数包括：焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度。
14.根据权利要求13所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述焊接工件的行程参数为旋转电机的旋转角度。
15.根据权利要求14所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述衰减条件包括：所述旋转电机的旋转角度值达到预设第一角度。
16.根据权利要求15所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述第一角度与待焊接工件的厚度及直径均为正相关。
17.根据权利要求15所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述控制单元，适于控制焊接电源的电流、送丝速度、离子气流量及旋转电机的旋转速度进行第一阶段脉冲衰减；当检测到满足第一阶段的脉冲衰减停止条件时，控制所述旋转电机停止工作，并控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减。
18.根据权利要求17所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述第一阶段的脉冲衰减停止条件包括：所述旋转电机的旋转角度达到预设第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。
19.根据权利要求18所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述第二角度焊接工件的厚度及直径均正相关。
20.根据权利要求17所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述控制单元，适于增加送丝速度，并控制送丝速度进行脉冲衰减以减小送丝速度。
21.根据权利要求17所述的环缝焊控制装置，其特征在于，还包括：停止衰减单元，适于在控制焊接电源的电流、送丝速度及离子气流量进入第二阶段脉冲衰减之后，当检测到所述第二阶段脉冲衰减持续达到预设时长后，停止衰减。
22.根据权利要求12所述的环缝焊控制装置，其特征在于，所述衰减幅度与脉冲周期数目、脉冲基值持续时长、脉冲峰值持续时长相关。
23.一种环缝焊控制装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1～11任一项所述的环缝焊控制方法的步骤。
24.一种环缝焊控制系统，其特征在于，包括：检测装置及权利要求12～22任一项所述的环缝焊控制装置，其中：
所述检测装置，适于检测焊接工件的行程参数数据，并发送至所述环缝焊控制装置。
25.根据权利要求24所述的环缝焊控制系统，其特征在于，所述检测装置为位移传感器。
26.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1～11任一项所述的环缝焊控制方法的步骤。
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