CN110421286B - Erw管焊接质量的调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ERW管焊接质量的调控方法，其利用模拟得到金属流线角的适用范围内外毛刺高宽比I的相应范围，通过实验进行验证，然后作为判断质量的判据因子，根据该判据对实际生产ERW管的质量进行在线判断。与现有仿真技术相比，本发明根据焊缝的外毛刺高宽比I＝H/W，得到外毛刺高宽比I和ERW管质量的关系，并建立通过外毛刺高宽比I判断ERW质量的判据因子，可以方便地量化外毛刺的形貌，能够实现在线判断和调控，提高了ERW管的生产效率，减少人工成本；通过模拟和实验验证得到金属流线角θ和外毛刺高宽比I的变化关系，指导ERW管在线质量调控过程，明确调控过程的方向性，提高对ERW管质量调控的效率和准确率，进而提高ERW管的质量。

Description

ERW管焊接质量的调控方法

技术领域

本发明属于ERW管生产领域，具体涉及一种ERW管焊接质量的调控方法。

背景技术

ERW是将电极与管坯直接接触，利用电极和焊接区域形成电流回路，由电极输入高频电流，对管坯边缘进行加热的焊接方式。ERW具有加热效率快、能耗较低、生产效率高等优点，在焊管企业中得到广泛的应用。

目前ERW管生产中，工厂根据经验丰富的生产工人通过观察毛刺以及火花的形态和颜色来判断管坯焊接质量，若质量较差，通过调整相应参数进行改善，进而实现对ERW管焊接质量的调控。这种传统的质量判断方式，人工成本较高、稳定性差、对工人依赖性高以及效率较低，是限制ERW管智能化发展的重要因素之一。此外，还有一种线下对ERW管质量判断方法，即对焊接完成的ERW管成品进行切片处理，通过金相实验，观察其金相特征，对焊接质量做出判断。其中一种就是通过金相实验观察金属流线角，部分工厂认为金属流线角θ在适用50°--70°范围内则焊管达到合格的标准，但是这种方法操作较为复杂、耗时长，不适用于ERW管生产过程中的在线判断。

未来，智能化是ERW管发展的主要趋势之一，就焊接过程而言主要体现在减少ERW管生产过程中对人的依赖性，提高利用机器判断质量、反馈信息、调节焊接参数的可靠性。然而目前上述两个判断质量的方法，人工成本较高、稳定性差、对工人依赖性高、效率较低或者操作复杂、耗时长，都不能满足未来智能化发展的需求。

目前，有部分基于机器视觉、结构光扫描来检测ERW管外毛刺形貌的研究，这些研究以毛刺为研究对象，侧重于图像采集和图像处理的研究，未涉及毛刺形貌和ERW管坯焊接质量的判据关系。而毛刺形貌和管坯焊接质量的判据关系是通过毛刺形貌来判断ERW管坯焊接质量的核心内容。有部分通过ERW管外毛刺对焊接质量进行判断的研究，只是停留形状上定性的分析，缺少可以量化比较的表征。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种ERW管焊接质量的调控方法，根据焊缝的外毛刺高宽比I＝H/W，得到外毛刺高宽比I和ERW管质量的关系，并建立通过外毛刺高宽比I判断ERW质量的判据因子，量化外毛刺的形貌。本发明能够实现ERW管焊接质量的在线判断和调控，提高了ERW管的生产效率；通过模拟和实验验证得到金属流线角θ和外毛刺高宽比I的变化关系，指导ERW管在线质量调控过程，明确调控过程的方向性，提高对ERW管质量调控的效率和准确率，进而提高ERW管的质量。本发明通过以下技术方案实现：

本发明的ERW管焊接质量的调控方法，其包括以下步骤：

步骤1，对ERW管焊接过程的数值模拟分析：分别设定电极距离K1、挤压量K2和焊接速度K3的初始范围(Kn_min，Kn_max)，变量n取1、2或3，其中电极距离K1是指电极与ERW管焊接处的V型角顶点的水平距离，获取ERW管焊接加工的经验工艺参数，使用有限元分析对ERW管焊接过程进行数值模拟，模拟分析焊缝挤压焊合及毛刺形成过程，根据数值模拟的结果，获取并记录焊接完成后模拟金属流线角θ、外毛刺模拟高度H、以及外毛刺模拟宽度W，并计算外毛刺高宽比模拟值I＝H/W；

步骤2，获得判断焊缝质量的判据因子：在所述初始范围内，对所述电极距离K1、所述挤压量K2和所述焊接速度K3分别依次进行调整和有限元分析，分别得到在所述电极距离K1、所述挤压量K2和所述焊接速度K3单一变化下，所述模拟金属流线角θ、所述外毛刺高宽比模拟值I分别随K1、K2和K3单一变化时的规律曲线，进行正交分析，获取所述模拟金属流线角θ∈(50°,70°)范围时对应的所述外毛刺高宽比模拟值I的预设范围(I_min,I_max)，作为判断焊缝质量的判据因子；

步骤3，进行焊接验证实验：设定容差率δ＝10％，取与所述数值模拟分析相同的模拟参数，进行焊接实验，选择所述电极距离K1、所述挤压量K2或所述焊接速度K3其中一个参数的模拟过程进行实验验证，测量并记录实验试件在参数改变过程中的实验金属流线角θ和外毛刺高宽比实验值I，计算所述实验金属流线角θ与所述模拟金属流线角θ之间的实测误差Δ、以及所述外毛刺高宽比模拟值I与所述外毛刺高宽比实验值I之间的实测误差Δ，比较实测误差Δ和容差率δ大小，如果两个实测误差Δ都在容差率δ内，则将预设范围(I_min,I_max)设定为焊缝质量判据因子；如果两个实测误差Δ中任意一个或两个都超出容差率δ，返回到步骤1和步骤2，重新调整数值模拟分析的模型网格类型、网格大小和计算步长，直至实测误差Δ在容差率δ内；

步骤4，确定调整参数Kn的类型：赋值n＝1，m＝1，清空数集{Pm},由n的值确定生产过程中调整参数Kn类型，其中n＝1时，此时所述调整参数K1为电极距离，n＝2时，此时所述调整参数K2为挤压量，n＝3时，此时所述调整参数K3为焊接速度；

步骤5，ERW管生产中在线焊接质量的判断：对完成焊接的所述ERW管的外毛刺进行在线测量，记录外毛刺生产高度H、外毛刺生产宽度W，计算并记录外毛刺高宽比生产值I，将计算结果所述外毛刺高宽比生产值I与步骤2中的所述判据因子进行比较，若计算的所述外毛刺高宽比生产值I在所述判据因子内，则焊接质量满足要求，完成对所述ERW管焊接质量的判断过程，结束对ERW管焊接质量的在线判断；若不在判据范围内，则执行步骤6，进入对所述ERW管焊接质量的调控程序；

步骤6，ERW管生产中在线焊接质量的调控：取步骤4中所述调整参数Kn的值，作为数集{Pm}的元素Pm，取所述数集{Pm}中最大值为Pmax、最小值为Pmin，其中当所述数集{Pm}只有一个元素P1时，则Pmax＝Pmin＝P1，然后赋值m＝m+1，判断是否存在：P_min<Kn_min以及P_max>Kn_max，若不存在，修改所述调整参数数值，返回步骤5，若存在：P_min<Kn_min以及P_max>Kn_max，则执行步骤7，修改调整参数Kn的类型；以及

步骤7，修改调整参数Kn的类型：如果n<3成立，改变所述调整参数Kn类型，继续调控，选取所述数集{Pm}中一个所述调整参数Kn的理想值P，在上述调控过程中，所述理想值P对应的所述外毛刺高宽比生产值I最接近所述判据因子(I_min,I_max)，将所述理想值P作为所述调整参数Kn的基础值，进入下一轮调控过程，重新赋值n＝n+1，m＝1，清空所述数集{Pm}，由n的值确定生产过程中所述调整参数Kn类型，返回步骤5，如果n<3不成立，返回步骤4，重新调控，直至结束对ERW管焊接质量的调控过程。

可优选的是，在对所述ERW管焊接质量进行调控的过程中，改变所述调整参数Kn的值，其中变量n取1、2或3。结合模拟过程调整参数Kn对外毛刺高宽比模拟值I的影响规律，单一调节变量调整参数Kn，能增强调控过程的方向性，提高调控过程的效率和准确率。

可优选的是，在对所述ERW管焊接质量进行调控的过程中，三种所述调整参数的顺序能进行调整。进一步，所述调整参数的顺序为依次分别调整电极距离、挤压量和焊接速度。进一步的，焊接过程中焊接参数的调整顺序可以进行改变。参数依次调整顺序的优选方案为：电极距离、挤压量、焊接速度。优选方案中，首先调整的参数为电极距离，相对于另外两个参数，调整电极距离较为简便；其次是调整挤压量；最后调整焊接速度，这是因为焊接速度关系到生产率的问题，确保产品能够保质保量准时的完成生产是工厂的重要任务，所以将对焊接速度的调整放在最后。

可优选的是，所述电极距离K1单一变化时，随着电极距离K1的增加，模拟金属流线角θ减小，而且外毛刺高宽比模拟值I也减小。

可优选的是，所述判断焊缝质量的判据因子为：模拟金属流线角θ∈(50°,70°)时，外毛刺高宽比模拟值I的取值范围为(0.5,0.74)。

进一步可优选的是，所述判断焊缝质量的判据因子为：模拟金属流线角θ∈(50°,70°)时，外毛刺高宽比模拟值I的取值范围为(0.62,0.71)。

由于采用上述技术方案，本发明可以获得以下有益效果：

1、本发明方案获得的外毛刺形貌量化表征参数I＝H/W，其中外毛刺的高宽可以通过非人工方式测得，可根据计算机对高宽比I计算，并根据高宽比值I对ERW管质量进行判断，该方法可以方便地量化外毛刺的形貌，对外毛刺的测量和表征带来了很大的便利性，并且质量判断过程准确，不需要人工参与，能够在线判断和调控，提高了ERW管的生产效率。

2、通过模拟可以得到金属流线角θ和外毛刺高宽比I的变化关系，该变化关系证实了判断方法的可行性，并且可以指导ERW管在线质量调控过程，明确调控过程的方向性，缩短调控时间，提高对ERW管质量调控的效率和质量。

3、本方法可以依靠机器和计算机来完成，有效避免人工判断质量方法带来的人工误判，减小判断误差，进而提升对ERW管焊接质量判断的可靠性，提升ERW管焊接质量；满足未来智能化的发展需求，为ERW管焊接过程智能化发展提供了有力的支撑。

附图说明

图1是本发明ERW管焊接质量的调控方法的详细流程框图；

图2是本发明ERW管焊接质量的调控方法的流程简图；

图3是本发明ERW管焊接质量的调控方法中建模模型的尺寸示意图；

图4是本发明ERW管焊接质量的调控方法的模拟分析外毛刺形貌结果图；

图5是本发明ERW管焊接质量的调控方法中金属流线角θ测量方法的示意图；

图6是本发明ERW管焊接质量的调控方法中电极距离发生改变时，电极距离K1和流线角θ、高宽比值I的关系曲线图；

图7是本发明ERW管焊接质量的调控方法中挤压量发生改变时，挤压量K2和流线角θ、高宽比值I的关系曲线图；

图8是本发明ERW管焊接质量的调控方法中焊接速度发生改变时，焊接速度K3和流线角θ、高宽比值I的关系曲线图；以及

图9是本发明ERW管焊接质量的调控方法中对电极距离K1实验验证的误差曲线图。

图中主要附图标号为：1-V型角顶点，2-挤压辊，3-ERW管坯，4-电极，5-磁棒，6-外毛刺，7-焊缝，8-管坯外表面，9-热影响区，10-金属流线，11-管坯内表面，12-挤压辊端面，13-挤压辊工作面。

具体实施方式

为更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。并通过对ERW管焊接过程进行有限元模拟以及实验验证，观察高宽比I的分布规律，以验证该方法的可行性。选取材质为X80钢，规格为Φ355.6×12.7，进行数值模拟。图1所示为本发明ERW管焊接质量的调控方法的流程框图，主要包括以下步骤：

步骤1，数值模拟分析：分别设定电极距离K1、挤压量K2和焊接速度K3的初始范围(Kn_min，Kn_max)，设定的参数n取1、2或3，其中电极距离是指电极与ERW管焊接处的V型角顶点的水平距离。获取ERW管焊接加工的经验工艺参数，参数如表1所示，本发明的ERW管焊接装置如图3所示，在待焊接的ERW管坯3的附近设置电极4，一对挤压辊2在水平方向上对称地设置在ERW管坯3的两侧，并且位于挤压辊2中部的挤压辊工作面13压靠在ERW管坯3的表面上，而位于挤压辊2两个端部的挤压辊端面12的中心线连线与挤压辊2的中心线相互垂直。磁棒5悬置在ERW管坯3内部，且与ERW管坯3同心轴配合。如图4所示，在对ERW管坯3焊接过程的过程，在其管坯外表面8的焊缝7处会形成外毛刺6，外毛刺6的宽度W和高度H如图所示。如图5所示，在焊缝7的附近形成热影响区9，在管坯内表面11内的金属流线10的方向如图5中箭头所示。

使用有限元分析对ERW管焊接过程进行数值模拟，模拟分析焊缝挤压焊合及毛刺形成过程。根据数值模拟的结果，获取并记录焊接完成后模拟金属流线角θ、外毛刺模拟高度H、以及外毛刺模拟宽度W，并计算外毛刺高宽比模拟值I＝H/W，外毛刺6的模拟形貌图如图4所示，外流线角的测量示意图如图5所示。

表1 ERW管焊接生产工艺参数

步骤2，在初始范围内，对电极距离K1、挤压量K2和焊接速度K3依次分别进行调整，分别得到在电极距离K1、挤压量K2和焊接速度K3单一变化下，模拟金属流线角θ、外毛刺高宽比模拟值I分别随K1、K2和K3单一变化时的规律曲线，进行正交分析，获取模拟金属流线角θ∈(50°,70°)范围时对应的外毛刺高宽比模拟值I的预设范围(Imin,Imax)，作为判断焊缝质量的判据因子；

步骤3，进行焊接验证实验：设定容差率δ＝10％，取与数值模拟分析相同的模拟参数，进行焊接实验，选择电极距离K1、挤压量K2或焊接速度K3其中一个参数的模拟过程进行实验验证，测量并记录实验试件在参数改变过程中的实验金属流线角θ和外毛刺高宽比实验值I，计算实验金属流线角θ与模拟金属流线角θ之间的实测误差Δ、以及外毛刺高宽比模拟值I与外毛刺高宽比实验值I之间的实测误差Δ，比较实测误差Δ和容差率δ大小，如果两个实测误差Δ都在容差率δ内，则将预设范围(Imin,Imax)设定为焊缝质量判据因子；如果两个实测误差Δ中任意一个或两个都超出容差率δ，返回到步骤1和步骤2，重新调整数值模拟分析的模型网格类型、网格大小和计算步长，直至实测误差Δ在容差率δ内；

步骤4，焊缝质量判据因子对生产过程中ERW管质量的判断过程：赋值n＝1，m＝1，清空数集{Pm},由n的值确定生产过程中调整参数Kn类型，其中n＝1时，此时调整参数K1为电极距离，n＝2时，此时调整参数K2为挤压量，n＝3时，此时调整参数K3为焊接速度；

步骤5，在实际工厂ERW管生产中，对完成焊接的ERW管的外毛刺进行在线测量，记录外毛刺生产高度H、外毛刺生产宽度W，计算并记录外毛刺高宽比生产值I，将计算结果外毛刺高宽比生产值I与步骤2中的判据因子进行比较，若计算的外毛刺高宽比生产值I在判据因子内，则焊接质量满足要求，完成对ERW管焊接质量的判断过程，结束对ERW管焊接质量的调整过程；若不在判据范围内，则执行步骤6，进入对ERW管焊接质量的调控程序；

步骤6，对生产过程中ERW管质量的调控过程：取步骤4中调整参数Kn的值，作为数集{Pm}的元素Pm，取数集{Pm}中最大值为Pmax、最小值为Pmin，其中当数集{Pm}只有一个元素P1时，则Pmax＝Pmin＝P1，然后赋值m＝m+1，判断是否存在：Pmin<Kn_min以及Pmax>Kn_max，若不存在，则说明调整参数Kn还未取遍设定的初始范围(Kn_min，Kn_max)中的值，修改该调整参数数值，返回步骤5，若存在：Pmin<Kn_min以及Pmax>Kn_max，则对此时的调整参数Kn的调整，不能够完成对ERW管质量的调控，执行步骤7，修改调整方式；

步骤7，修改调整参数Kn的类型：如果n<3成立，改变调整参数Kn类型，继续调控，选取数集{Pm}中一个调整参数Kn的理想值P，在上述调控过程中，理想值P对应的外毛刺高宽比生产值I最接近判据因子(I_min,I_max)，将理想值P作为调整参数Kn的基础值，进入下一轮调控过程，重新赋值n＝n+1，m＝1，清空数集{Pm}，由n的值确定生产过程中调整参数Kn类型，返回步骤5，如果n<3不成立，返回步骤4，重新调控，直至结束对ERW管焊接质量的调控过程。

为了对本发明ERW管焊接质量的调控方法的步骤进行更清楚的说明，如图2所示，为本发明ERW管焊接质量的调控方法的流程简图。包括七个步骤，即：步骤S1:步骤1，对ERW管焊接过程的数值模拟分析，并根据数值模拟的结果，获取并记录焊接完成后模拟金属流线角θ、外毛刺模拟高度H、以及外毛刺模拟宽度W，并计算外毛刺高宽比模拟值I＝H/W；步骤S2，获得判断焊缝质量的判据因子：获取模拟金属流线角θ∈(50°,70°)范围时对应的外毛刺高宽比模拟值I的预设范围(I_min,I_max)，作为判断焊缝质量的判据因子；步骤S3，进行焊接验证实验：设定容差率δ＝10％，比较实测误差Δ和容差率δ大小，如果两个实测误差Δ都在容差率δ内，则将预设范围(I_min,I_max)设定为焊缝质量判据因子；如果两个实测误差Δ中任意一个或两个都超出容差率δ，返回到步骤S1和步骤S2，重新调整数值模拟分析的模型网格类型、网格大小和计算步长，直至实测误差Δ在容差率δ内；步骤S4，确定调整参数Kn的类型：赋值n＝1，m＝1，清空数集{Pm},由n的值确定生产过程中调整参数Kn类型，其中n＝1时，此时调整参数K1为电极距离，n＝2时，此时调整参数K2为挤压量，n＝3时，此时调整参数K3为焊接速度；步骤S5，ERW管生产中在线焊接质量的判断：对完成焊接的ERW管的外毛刺进行在线测量，将外毛刺高宽比生产值I与步骤2中的判据因子进行比较，若计算的外毛刺高宽比生产值I在判据因子内，则焊接质量满足要求，完成对ERW管焊接质量的判断过程，结束对ERW管焊接质量的在线判断；若不在判据范围内，则执行步骤6，进入对ERW管焊接质量的调控程序；步骤S6，ERW管生产中在线焊接质量的调控：取步骤4中调整参数Kn的值作为数集{Pm}的元素Pm，取数集{Pm}中最大值为Pmax、最小值为Pmin，其中当数集{Pm}只有一个元素P1时，则Pmax＝Pmin＝P1，然后赋值m＝m+1，判断是否存在：P_min<Kn_min以及P_max>Kn_max，若不存在，修改调整参数数值，返回步骤5，若存在：P_min<Kn_min以及P_max>Kn_max，则执行步骤7，修改调整参数Kn的类型；以及步骤S7，修改调整参数Kn的类型，直至结束对ERW管焊接质量的调控过程。

图5为外金属流线角θ的测量示意图，在挤压辊2的作用下，焊缝金属由壁厚中心分别向焊管内外表面流动，形成金属流线10，如图5所示。三分之一壁厚处金属流线与水平面形成的夹角θ，称为金属流线角。其中将距离ERW管外表面b/3处的金属流线角θ定义为外金属流线角θ，而距离ERW管内表面b/3处的金属流线角θ定义为内金属流线角θ。

图6～8为有限元分析模拟结果。下面通过对图6～图8模拟结果的分析，对上述方法验证其可行性。图6为在改变电极距离K1的条件下，对焊接过程进行模拟的结果曲线图，其中电极距离是指电极与V型角顶点水平距离L2。首先根据工厂实际生产的经验参数，给定一个合适的电极距离对焊接过程进行模拟，得到此时的流线角θ和高宽比I数据；然后其他参数不变的情况下，增加或减小电极距离，进行相同的模拟，得到相应的流线角θ和高宽比I数据，直至得到模拟金属流线角θ∈(50°,70°)范围时对应的外毛刺高宽比模拟值I范围。此时，在改变电极距离K1的情况下，电极距离K1和模拟金属流线角θ、外毛刺高宽比模拟值I的关系曲线图，如图6所示。模拟得到的数据如表2所示。

表2电极距离变化时流线角θ和高宽I比数据

由图6可以发现，电极距离K1单一变化时，随着K1的增加，模拟金属流线角θ减小，而且外毛刺高宽比模拟值I也减小。经过插值计算，得到模拟金属流线角θ适用范围(50°,70°)内，对应的外毛刺高宽比模拟值I范围为(0.512,0.767)，其中I＝0.512时对应的模拟内金属流线角θ为50°，I＝0.767时对应的模拟外金属流线角θ为70°。

同理，图7为在改变挤压量K2的条件下，对焊接过程进行模拟的结果曲线图。模拟得到的挤压量K2和模拟金属流线角θ、外毛刺高宽比模拟值I数据如表3所示。图7可以看出，随着挤压量K2的增加，模拟外金属流线角θ和模拟内金属流线角θ呈递增趋势，同时外毛刺高宽比模拟值I也逐渐增加。经过插值计算，得到模拟金属流线角θ适用范围(50°,70°)内，对应的外毛刺高宽比模拟值I范围为(0.594,0.734)，其中I＝0.594时对应的模拟内金属流线角θ为50°，I＝0.734时对应的模拟外金属流线角θ为70°。

表3挤压量变化时流线角θ和高宽I比数据

同理，图8为在改变焊接速度K3的条件下，对焊接过程进行模拟的结果曲线图。模拟得到的焊接速度K3和模拟金属流线角θ、外毛刺高宽比模拟值I数据如表4所示。图8可以看出，在其他参数不发生改变的情况下，当焊接速度K3增大时，模拟外金属流线角θ和模拟内金属流线角θ随之增加，外毛刺高宽比模拟值I也呈现递增的趋势。经过插值计算，得到模拟金属流线角θ适用范围(50°,70°)内，对应的外毛刺高宽比模拟值I范围为(0.493,0.713)，其中I＝0.493时对应的模拟内金属流线角θ为50°，I＝0.713时对应的模拟外金属流线角θ为70°。

表4焊接速度变化时流线角θ和高宽I比数据

综合图6-图8的模拟分析结果，对得到的三种参数单一变化下模拟金属流线角θ、外毛刺高宽比模拟值I变化的数据，进行正交实验分析，得到判断焊缝质量的判据因子为：模拟金属流线角θ∈(50°,70°)时，外毛刺高宽比模拟值I的取值范围为(0.5,0.74)。而且，进一步可优选的是，判断焊缝质量的判据因子为：模拟金属流线角θ∈(50°,70°)时，外毛刺高宽比模拟值I的取值范围为(0.62,0.71)。以上分析过程证明存在质量判据因子，验证了该ERW管焊接质量判断方法的可行性。

图9为对电极距离K1实验验证的误差曲线图。设定容差率δ＝10％，取与模拟过程相同的工艺参数，进行焊接实验，对单一改变电极距离K1的模拟过程进行实验验证，测量并记录实验试件在电极距离K1改变过程中的实验金属流线角θ和外毛刺高宽比实验值I，计算实验金属流线角θ与模拟金属流线角θ之间的实测误差Δ、以及外毛刺高宽比模拟值I与外毛刺高宽比试验值I之间的实测误差Δ，误差结果数据如表5所示。其中误差计算公式为：

X表示流线角θ或高宽比I。

由图9及表5可以看出，流线角θ和高宽比I的实测误差Δ最大值为5.09％，小于设定的容差率δ＝10％，模拟过程正确，得到的质量判据因子可以接受。

表5对电极距离K1实验验证的误差数据

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比可以达到这样的有益效果：

1、本发明提出了外毛刺形貌量化表征参数外毛刺高宽比I＝H/W，对外毛刺的量化表征带来了便利性，得到外毛刺高宽比I和ERW管质量的关系，并建立通过外毛刺高宽比I判断ERW质量的判据因子。该方法中对ERW管质量的判断过程简单、耗时少，没有人工参与，能够在线判断和调控，提高了ERW管的生产效率，减少人工成本。

2、通过模拟和实验验证得到金属流线角θ和外毛刺高宽比I的变化关系，该变化关系证实了判断方法的可行性，同时可以指导ERW管在线质量调控过程，明确调控过程的方向性，缩短调控时间，提高对ERW管质量调控的效率和准确率，进而提高ERW管的质量。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种ERW管焊接质量的调控方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1，对ERW管焊接过程的数值模拟分析：分别设定电极距离K1、挤压量K2和焊接速度K3的初始范围(Kn_min，Kn_max)，变量n取1、2或3，其中电极距离K1是指电极与ERW管焊接处的V型角顶点的水平距离，获取ERW管焊接加工的经验工艺参数，使用有限元分析对ERW管焊接过程进行数值模拟，模拟分析焊缝挤压焊合及毛刺形成过程，根据数值模拟的结果，获取并记录焊接完成后模拟金属流线角θ、外毛刺模拟高度H、以及外毛刺模拟宽度W，并计算外毛刺高宽比模拟值I＝H/W；

步骤2，获得判断焊缝质量的判据因子：在所述初始范围内，对所述电极距离K1、所述挤压量K2和所述焊接速度K3分别依次进行调整和有限元分析，分别得到在所述电极距离K1、所述挤压量K2和所述焊接速度K3单一变化下，所述模拟金属流线角θ、所述外毛刺高宽比模拟值I分别随K1、K2和K3单一变化时的规律曲线，进行正交分析，获取所述模拟金属流线角θ∈(50°,70°)范围时对应的所述外毛刺高宽比模拟值I的预设范围(I_min,I_max)，作为判断焊缝质量的判据因子；

步骤3，进行焊接验证实验：设定容差率δ＝10％，取与所述数值模拟分析相同的模拟参数，进行焊接实验，选择所述电极距离K1、所述挤压量K2或所述焊接速度K3其中一个参数的模拟过程进行实验验证，测量并记录实验试件在参数改变过程中的实验金属流线角θ和外毛刺高宽比实验值I，计算所述实验金属流线角θ与所述模拟金属流线角θ之间的实测误差Δ、以及所述外毛刺高宽比模拟值I与所述外毛刺高宽比实验值I之间的实测误差Δ，比较实测误差Δ和容差率δ大小，如果两个实测误差Δ都在容差率δ内，则将预设范围(I_min,I_max)设定为焊缝质量判据因子；如果两个实测误差Δ中任意一个或两个都超出容差率δ，返回到步骤1和步骤2，重新调整数值模拟分析的模型网格类型、网格大小和计算步长，直至实测误差Δ在容差率δ内；

步骤4，确定调整参数Kn的类型：赋值n＝1，m＝1，清空数集{Pm},由n的值确定生产过程中调整参数Kn类型，其中n＝1时，此时所述调整参数K1为电极距离，n＝2时，此时所述调整参数K2为挤压量，n＝3时，此时所述调整参数K3为焊接速度；

步骤5，ERW管生产中在线焊接质量的判断：对完成焊接的所述ERW管的外毛刺进行在线测量，记录外毛刺生产高度H、外毛刺生产宽度W，计算并记录外毛刺高宽比生产值I，将所述外毛刺高宽比生产值I与步骤2中的所述判据因子进行比较，若计算的所述外毛刺高宽比生产值I在所述判据因子内，则焊接质量满足要求，完成对所述ERW管焊接质量的判断过程，结束对ERW管焊接质量的在线判断；若不在判据范围内，则执行步骤6，进入对所述ERW管焊接质量的调控程序；

步骤6，ERW管生产中在线焊接质量的调控：取步骤4中所述调整参数Kn的值，作为数集{Pm}的元素Pm，取所述数集{Pm}中最大值为Pmax、最小值为Pmin，其中当所述数集{Pm}只有一个元素P1时，则Pmax＝Pmin＝P1，然后赋值m＝m+1，判断是否存在：P_min<Kn_min以及P_max>Kn_max，若不存在，修改所述调整参数数值，返回步骤5，若存在：P_min<Kn_min以及P_max>Kn_max，则执行步骤7，修改调整参数Kn的类型；以及

步骤7，修改调整参数Kn的类型：如果n<3成立，改变所述调整参数Kn类型，继续调控，选取所述数集{Pm}中一个所述调整参数Kn的理想值P，在上述调控过程中，所述理想值P对应的所述外毛刺高宽比生产值I最接近所述判据因子(I_min,I_max)，将所述理想值P作为所述调整参数Kn的基础值，进入下一轮调控过程，重新赋值n＝n+1，m＝1，清空所述数集{Pm}，由n的值确定生产过程中所述调整参数Kn类型，返回步骤5，如果n<3不成立，返回步骤4，重新调控，直至结束对ERW管焊接质量的调控过程。

2.根据权利要求1所述的ERW管焊接质量的调控方法，其特征在于：在对所述ERW管焊接质量进行调控的过程中，三种所述调整参数的顺序能进行调整。

3.根据权利要求2所述的ERW管焊接质量的调控方法，其特征在于：所述调整参数的顺序为依次分别调整电极距离、挤压量和焊接速度。

4.根据权利要求1所述的ERW管焊接质量的调控方法，其特征在于：所述电极距离K1单一变化时，随着电极距离K1的增加，模拟金属流线角θ减小，而且外毛刺高宽比模拟值I也减小。

5.根据权利要求1所述的ERW管焊接质量的调控方法，其特征在于：所述判断焊缝质量的判据因子为：模拟金属流线角θ∈(50°,70°)时，外毛刺高宽比模拟值I的取值范围为(0.5,0.74)。

6.根据权利要求5所述的ERW管焊接质量的调控方法，其特征在于：所述判断焊缝质量的判据因子为：模拟金属流线角θ∈(50°,70°)时，外毛刺高宽比模拟值I的取值范围为(0.62,0.71)。

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