CN109604853A - 一种数字化非闪光中频直流焊轨机及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化非闪光中频直流焊轨机及其焊接方法，其中该焊轨机包括：焊轨机本体，用于将两个被焊工件预合，该焊轨机本体的机械结构可以是多形式的；中频逆变直流电源，对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对工件进行非闪光焊接；实测系统，用于对被焊工件的焊接过程中实时监测。

Description

一种数字化非闪光中频直流焊轨机及其焊接方法

技术领域

本发明涉及钢轨焊接领域，特别涉及一种数字化非闪光中频直流焊轨机及其焊接方法。

背景技术

目前，我国的钢轨焊接设备仍延用着上世纪八十年代的技术。无论是交流焊轨机还是三相次级整流焊轨机，无论是固定式还是移动式焊轨机，整机的功能仍存在着许多必要的技术缺失和漏洞，无法保证焊接质量的稳定性，至今尚无一套行之有效的焊接规范参数标准。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字化非闪光中频直流焊轨机及其焊接方法，具有焊接电流密集，熔透率高、控制精度高，焊接参数真实性强，工作效率明显，合格率高，无污染，焊接质量极为稳定，工作电网平衡，无冲击现象。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种数字化非闪光中频直流焊轨机，包括：

焊轨机本体，用于将两个被焊工件预合，所述的焊轨机本体的机械结构可以是多形式的；

中频逆变直流电源，对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对工件进行非闪光焊接；

实测系统，用于对被焊工件的焊接过程中实时监测。

所述的非闪光焊接包括：

在预设定参数的作用下，以脉冲通电模式对两被焊工件端面加热，此过程中无闪光现象，在N次脉冲加热至两被焊工件接缝处趋深度熔化状态。

所述的实测系统包括：

电流感应模块，实时感应焊接时的电流；

位移感应模块，实时感应焊接时被焊钢轨的移动；

焊接起止检测模块，检测焊接起止情况并分别在焊接开始和结束时给出开始信号和结束信号；

信号调理模块，与所述电流感应模块、位移感应模块和焊接起止检测模块连接，将分别来自所述电流感应模块、位移感应模块和焊接起止检测模块的不同电信号调整为统一标准格式的电信号；

多功能采集模块，与所述信号调理模块连接，将来自所述信号调理模块的电信号进行数字化处理；

中央处理模块，与所述多功能采集模块连接，根据用户指令控制显示当前电流波形或回放硬盘中存储的历史电流波形；

显示模块，与所述中央处理模块连接，根据所述中央处理模块提供的数据在屏幕上显示电流波形；

存储模块，与所述中央处理模块连接，存储所述电流波形数据。

所述电流感应模块包含罗氏线圈和直流积分器，其中，罗氏线圈设置于被焊钢轨上，罗氏线圈感应到的电压经过直流积分器积分得到当前电流。

所述位移感应模块为一位移传感器，所述位移传感器将被焊钢轨的位移转换为电压信号，供用户结合电流信号做电流与位移的关联分析。

所述焊接起止检测模块为脉冲检测电路，检测出的所述开始信号和结束信号控制采集过程自动开始和结束。

一种利用上述的数字化非闪光中频直流焊轨机的焊接方法，包括：

焊轨机本体将两个被焊工件预合；

中频逆变直流电源对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对被焊工件进行非闪光焊接；

实测系统对被焊工件焊接过程中实时监测。

所述的非闪光焊接包括：

在预设定参数的作用下，以脉冲通电模式对两被焊工件端面加热，此过程中无闪光现象，在N次脉冲加热至两被焊工件接缝处趋深度熔化状态。

进一步包括：

焊轨机在预设定参数的作用产生一个较大的突顶力，在保持突顶力不变的条件下，焊轨机进入回火阶段，在作用N次回火加热脉冲后，焊轨机松开被焊工件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用非闪光焊接工艺，使整个焊加工过程始终处于环境稳定状态下进行，排除了一些不可控因素，如闪光阶段时的金属屑飞溅，供电网的瞬间电压波动，环境条件的变化等。

2、本发明提升了焊接电流参数实测显示的时间坐标，延长至250秒，原次级电流的实测时间坐标仅为≤2秒。全过程的次级电流实时监测使焊接参数更为精准，各数据更真实（测量点为被焊钢轨）。使各牌号钢轨在各条件下的焊接有数据可依、有数据可查。

3、本发明的中频逆变直流电源的焊轨机，使工件端面的电流分布更趋均匀，熔透率明显提高，焊接质量更加稳定，目前执行的工艺强度测试100%通过。

附图说明

图1为本发明焊轨机本体的结构示意图；

图2为本发明实测系统的结构图；

图3是实测系统的数据采集和显示方法流程图。

图4是实测系统的历史数据处理与显示方法流程图。

图5是实测系统中直流积分器零点漂移和输出延迟的示意图。

图6是实测系统中焊接电流回放效果对比图。

图7为非闪光焊接电流电流全称检测波形图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，包括：焊轨机本体1，用于将两个被焊工件预合；中频逆变直流电源，对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对工件进行非闪光焊接；实测系统，用于对被焊工件的焊接过程中实时监测。

需要说明的是，该焊轨机本体的机械结构可以是多形式的，比如可以包括动、静夹具。

如图2所示，所述的实测系统包括：电流感应模块51，实时感应焊接时的电流；位移感应模块52，实时感应焊接时被焊钢轨的移动；焊接起止检测模块53，检测焊接起止情况并分别在焊接开始和结束时给出开始信号和结束信号；信号调理模块54，与所述电流感应模块、位移感应模块和焊接起止检测模块连接，将分别来自所述电流感应模块、位移感应模块和焊接起止检测模块的不同电信号调整为统一标准格式的电信号；多功能采集模块55，与所述信号调理模块连接，将来自所述信号调理模块的电信号进行数字化处理；中央处理模块56，与所述多功能采集模块连接，根据用户指令控制显示当前电流波形或回放硬盘中存储的历史电流波形；显示模块57，与所述中央处理模块连接，根据所述中央处理模块提供的数据在屏幕上显示电流波形；存储模块58，与所述中央处理模块连接，存储所述电流波形数据。

所述电流感应模块包含罗氏线圈和直流积分器，其中，罗氏线圈设置于被焊钢轨上，罗氏线圈感应到的电压经过直流积分器积分得到当前电流。

所述位移感应模块为一位移传感器，所述位移传感器将被焊钢轨的位移转换为电压信号，供用户结合电流信号做电流与位移的关联分析。

所述焊接起止检测模块为脉冲检测电路，检测出的所述开始信号和结束信号控制采集过程自动开始和结束。

如图3所示的一种数据采集和显示方法，以程序形式存储于所述中央处理模块6中，步骤如下：

中央处理模块56创建采集任务；

中央处理模块56对采集任务进行系统配置；

焊接开始信号触发采集开始；

多功能采集模块55定时循环采集；

中央处理模块56存储数据并显示当前数据；

焊接停止信号触发采集结束；

中央处理模块56关闭采集任务。

打开专用软件，在系统中创建一个采集任务，配置采集任务各项参数，启动采集任务，等待触发。当焊接开始信号满足时，多功能采集模块55自动进行AD转换，将数据写入内存、实时绘制最近100毫秒的轨道焊接电流波形，同时将数据按预定格式写入硬盘。此过程循环执行直至焊接停止信号出现。采集过程中，可能有意外情况发生，可立即停止采集。

还可以将焊机PLC的启动和停止信号连接到多功能采集模块55的开关量输入端作为触发条件。

采集结束后进行信号回放时，可根据文件名从硬盘读取焊接电流数据分批绘制波形。其中，焊接电流简图完整显示本次采集的全部采样数据，焊接电流详图分屏显示采样数据。简图和详图的对比效果如图6所示。

进一步地，所述步骤S5中的数据以TDMS格式存储在硬盘中。TDMS 格式是NI公司推出的技术数据管理流格式。二进制TDMS文件格式方便交换、具有内在结构、支持高速流盘，配合NI TDM解决方案的其他技术使用，可迅速进行数据搜索，而无需进行复杂且昂贵的数据库设计、构架或维护。采用TDMS 格式保存数据，不但有测试数据，还可以添加辅助信息，比如焊接时的各种工艺参数，便于日后浏览。为了方便工程师间分享数据文件，NI提供了在Microsoft Excel中使用的免费插件，可以供未安装NI软件的用户查询数据。

如图4所示的一种历史数据处理与显示方法，将一个或多个历史数据显示在屏幕上，其特征在于，步骤如下：

中央处理模块56读取历史数据；

中央处理模块56对历史数据进行预处理；

中央处理模块56对历史数据进行预处理给出的数据进行计算和判断；

中央处理模块6将结果显示在屏幕上并生成报表。

进一步地，所述历史数据以TDMS格式存储在硬盘中。

罗氏线圈电压积分值与焊接电流成正比。焊接电流是直流脉动信号，对应的需要采用直流积分器。本实施例中选用的直流积分器为PEMUK公司的DCflex型直流积分器。如图5所示，DCflex的输出有延迟，图中示出的延迟时间为380ms。DCflex的输出漂移为5A/s，若焊接时间持续300秒，累积的漂移会比较大，下一次测量前需要对线圈进行校零操作。中央处理模块6中的软件预置了校准程序，以弥补这两个可预知缺陷。

一种利用上述的焊轨机的焊轨方法，包括：

S1，焊轨机本体将两个被焊工件预合，该焊轨机本体可以采用动、静夹具，所述的静夹具夹紧其中一待焊接钢轨，所述的动夹具夹紧另一待焊接钢轨，在预定的压力下驱动所述的动夹具前行（无需后退，前行往复），使得动夹具上的待焊接钢轨与静夹具上的待焊接钢轨预合。

S2，中频逆变直流电源对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对被焊工件进行非闪光焊接；

S3，对钢轨焊接过程中实时监测，对焊接过程的实时监测，请参见上述实施例，这里不再赘述。

所述的步骤S2包括：

参见图7，在预设定参数的作用下，以脉冲通电模式对两钢轨端面加热，此过程中无闪光现象，在N次脉冲加热至两被焊工件接缝处趋深度熔化状态。

优选地，该方法进一步包括：动夹具在预设定参数的作用产生一个较大的突顶力，在保持突顶力不变的条件下，焊轨机进入回火阶段，在作用N次回火加热脉冲后，动夹具松开夹紧力，仿形推渣刀合拢，随动夹具前行推除焊渣，工夹具后退，静夹具松开，焊接完成。

由于焊接始终在平稳状态完成，对参数的检测，电流波形的获取大大提升了真实性、可控性及可取性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，包括：

焊轨机本体，用于将两个被焊工件预合，所述的焊轨机本体的机械结构可以是多形式的；

中频逆变直流电源，对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对工件进行非闪光焊接；

实测系统，用于对被焊工件的焊接过程中实时监测。

2.如权利要求1所述的数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，所述的非闪光焊接包括：

在预设定参数的作用下，以脉冲通电模式对两被焊工件端面加热，此过程中无闪光现象，在N次脉冲加热至两被焊工件接缝处趋深度熔化状态。

3.如权利要求1所述的数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，所述的实测系统包括：

电流感应模块，实时感应焊接时的电流；

位移感应模块，实时感应焊接时被焊钢轨的移动；

焊接起止检测模块，检测焊接起止情况并分别在焊接开始和结束时给出开始信号和结束信号；

信号调理模块，与所述电流感应模块、位移感应模块和焊接起止检测模块连接，将分别来自所述电流感应模块、位移感应模块和焊接起止检测模块的不同电信号调整为统一标准格式的电信号；

多功能采集模块，与所述信号调理模块连接，将来自所述信号调理模块的电信号进行数字化处理；

中央处理模块，与所述多功能采集模块连接，根据用户指令控制显示当前电流波形或回放硬盘中存储的历史电流波形；

显示模块，与所述中央处理模块连接，根据所述中央处理模块提供的数据在屏幕上显示电流波形；

存储模块，与所述中央处理模块连接，存储所述电流波形数据。

4.如权利要求3所述的数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，所述电流感应模块包含罗氏线圈和直流积分器，其中，罗氏线圈设置于被焊钢轨上，罗氏线圈感应到的电压经过直流积分器积分得到当前电流。

5.如权利要求3所述的数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，所述位移感应模块为一位移传感器，所述位移传感器将被焊钢轨的位移转换为电压信号，供用户结合电流信号做电流与位移的关联分析。

6.如权利要求3所述的数字化非闪光中频直流焊轨机，其特征在于，所述焊接起止检测模块为脉冲检测电路，检测出的所述开始信号和结束信号控制采集过程自动开始和结束。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的数字化非闪光中频直流焊轨机的焊接方法，其特征在于，包括：

焊轨机本体将两个被焊工件预合；

中频逆变直流电源对两个被焊工件施加中频逆变直流，并使用非闪光焊接工艺对被焊工件进行非闪光焊接；

实测系统对被焊工件焊接过程中实时监测。

8.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述的非闪光焊接包括：

在预设定参数的作用下，以脉冲通电模式对两被焊工件端面加热，此过程中无闪光现象，在N次脉冲加热至两被焊工件接缝处趋深度熔化状态。

9.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，进一步包括：

焊轨机在预设定参数的作用产生一个较大的突顶力，在保持突顶力不变的条件下，焊轨机进入回火阶段，在作用N次回火加热脉冲后，焊轨机松开被焊工件。