CN111716047A - 一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统 - Google Patents

一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统 Download PDF

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CN111716047A CN202010598659.7A CN202010598659A CN111716047A CN 111716047 A CN111716047 A CN 111716047A CN 202010598659 A CN202010598659 A CN 202010598659A CN 111716047 A CN111716047 A CN 111716047A
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Abstract

本发明涉及一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统。通过获取连退机组焊机的设备参数、带材工艺参数和焊接工艺参数;确定焊接单位所需的总热量;确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;根据带材工艺参数、焊接工艺参数、接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;根据电阻,确定焊缝处总电阻;根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量;根据焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度;确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;根据焊缝厚度和所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数;根据焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。本发明通过焊缝质量影响模型对焊机焊接质量起到预报的作用。

Description

一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统
技术领域
本发明涉及连退焊接技术领域,特别是涉及一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统。
背景技术
近年来,随着汽车制造、精密仪器仪表、家电包装等行业的快速发展,连退机组对焊接工艺要求不断提升,焊接质量的提升成为关键,建立一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,已经成为现场技术人员关注的重点。焊接质量的好坏决定着带钢产品的质量与产量,而决定焊接质量的关键因素在于焊接参数的设定。目前,对于已有的钢种和厚度的产品,通过大量试验可以得出合理的焊接参数,且在焊机的能力范围之内;而对于新钢种而言,在没有焊接试验的前提下,焊接参数的设定不合理,超过了焊机的能力范围之外,容易导致焊缝质量不佳,严重的话还会存在断带风险后会直接导致生产线停机,作业率下降,产品成材率下降。在给定焊透率A的前提下,通过焊接过程熔核所需热量计算模型可定量计算出单位宽度熔核所需热量;在当前焊接工艺参数下,通过焊接过程有效热量计算模型可定量计算出当前工艺参数下单位宽度所产生的有效热量。若要使带钢焊接质量达到最优,则需使有效热量刚好等于熔核热量,有效热量偏小则会出现虚焊现象,且有效热量越小虚焊越严重;有效热量偏大则会出现过焊现象,且有效热量越大过焊越严重。因此,为保证焊接质量,以熔核热量为桥梁,通过焊接过程熔核所需热量计算模型与焊接过程有效热量计算模型的耦合,即可在给定焊透率的前提下定量匹配与优化焊接电流、焊轮压力、焊接速度等焊接工艺参数,保证焊接质量。目前,根据文献检索,国内外研究较多的是优化焊接电流、焊接电压、焊轮压力、焊接速度、搭接量、补偿量等焊接工艺参数或者焊接安全检测及焊机检修,并没有提到要对连退机组的焊机焊缝质量进行预报。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统,对焊机焊接质量起到预报的作用,确保焊接过程中焊缝的质量最好,并且提高实际生产效率,给机组带来经济效益。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,包括:
获取连退机组焊机的设备参数,所述设备参数包括上焊轮厚度、下焊轮厚度、上焊轮半径、下焊轮半径、上焊轮弹性模量、上焊轮泊松比、上焊轮速度、下焊轮弹性模量、下焊轮泊松比和下焊轮速度;
获取带材工艺参数和焊接工艺参数,所述工艺参数包括:前行带钢弹性模量、前行带钢泊松比,前行带钢速度、后行带钢弹性模量、后行带钢泊松比、后行带钢速度、前行带钢压痕高度、后行带钢压痕高度、带钢比热容、带钢密度、带钢常温与熔核状态的温度差、前行带钢焊接碳当量、后行带钢焊接碳当量、前行带钢厚度、后行带钢厚度、搭接量、补偿量、焊轮压力、碾压轮压力、焊接速度、带钢表面温度和焊接电流;
根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量;
根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;
根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;
根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻;
根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量;
根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度;
根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;
根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数;
根据所述焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。
可选的,所述根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量,具体包括:
根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式Q=λcA·[(δsx)-(cs+cx)](bdjl+bbcl)·ρΔT,确定焊接单位所需的总热量;
其中,λ为熔核熔融系数,A为保证焊接质量,取焊透率在60%~80%之间的数值,c为带钢比热容,δs为前行带钢厚度、δx为后行带钢厚度,cs为前行带钢压痕高度、cx为后行带钢压痕高度,bdjl为搭接量、bbcl为补偿量,ρ为带钢密度、ΔT为带钢常温与熔核状态的温度差,Q为焊接单位所需的总热量。
可选的,所述根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度,具体包括:
根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式:
Figure BDA0002558381330000031
分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;
其中,P1为焊轮压力,v1为上焊轮泊松比,v2为前行带钢泊松比,v3为下焊轮泊松比,v4为后行带钢泊松比,E1为上焊轮弹性模量,E2为前行带钢弹性模量,E3为下焊轮弹性模量,E4为后行带钢弹性模量,bhls为上焊轮厚度、bhlx为下焊轮厚度、Rhls为上焊轮半径、Rhlx为下焊轮半径,bdws为上焊轮与前行带钢的接触宽度,bdwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度。
可选的,所述根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻,具体包括:
根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度采用公式:
Figure BDA0002558381330000041
分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;
其中,ρ0为带钢0℃时的电阻率,α为电阻率随温度变化的电阻温度系数,K1为边缘效应引起电流场扩展的系数,K2为绕流现象引起电流扩展的系数,K3为碳当量对电阻的影响指数,K4为熔核熔融宽度系数,δs为前行带钢厚度、δx为后行带钢厚度,bdjl为搭接量,bdws为上焊轮与前行带钢的接触宽度,bdwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度,Ce1为前行带钢焊接碳当量、Ce2为后行带钢焊接碳当量,Rw1为前行带钢,Rw2为后行带钢电阻。
可选的,所述根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻,具体包括:
根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻采用公式
Figure BDA0002558381330000042
确定焊缝处总电阻;
其中,m为与接触形式有关的系数;Kc为与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数,P1为焊轮压力,Rw1为前行带钢,Rw2为后行带钢电阻,R为焊缝处总电阻。
可选的,所述根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量,具体包括:
根据焊缝处总电阻采用公式
Figure BDA0002558381330000043
确定焊接熔核时单位有效热量;
其中,γ为有效热量计算系数,φ为带钢厚度对有效热量的影响指数,β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数,I为焊接电流,R为焊缝处总电阻,V为焊接速度,Ce1为前行带钢焊接碳当量、Ce2为后行带钢焊接碳当量,Q1为焊接熔核时单位有效热量。
可选的,所述根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度,具体包括:
根据所述焊接熔核时单位有效热量采用公式
Figure BDA0002558381330000051
确定焊缝厚度;
其中,a为系数,BQ为热量影响系数,Q1为焊接熔核时单位有效热量,b为系数,BP2为碾压轮压力影响系数,c为系数,BL为搭接量影响系数,P2为碾压轮压力,H为焊缝厚度。
可选的,所述根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,具体包括:
根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量采用公式F=Q1/Q,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;
其中,Q1为焊接熔核时单位有效热量,Q为焊接单位所需的总热量,F为焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值。
可选的,所述根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数,具体包括:
根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值采用公式
Figure BDA0002558381330000052
确定焊缝质量的目标函数;
其中,
Figure BDA0002558381330000053
为焊接热量对焊缝质量的影响系数,
Figure BDA0002558381330000054
为焊缝厚度对焊缝质量的影响系数,F为焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,H为焊缝厚度。
一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报系统,包括:
设备参数获取模块,用于获取连退机组焊机的设备参数,所述设备参数包括上焊轮厚度、下焊轮厚度、上焊轮半径、下焊轮半径、上焊轮弹性模量、上焊轮泊松比、上焊轮速度、下焊轮弹性模量、下焊轮泊松比和下焊轮速度;
工艺参数获取模块,用于获取带材工艺参数和焊接工艺参数,所述工艺参数包括:前行带钢弹性模量、前行带钢泊松比,前行带钢速度、后行带钢弹性模量、后行带钢泊松比、后行带钢速度、前行带钢压痕高度、后行带钢压痕高度、带钢比热容、带钢密度、带钢常温与熔核状态的温度差、前行带钢焊接碳当量、后行带钢焊接碳当量、前行带钢厚度、后行带钢厚度、搭接量、补偿量、焊轮压力、碾压轮压力、焊接速度、带钢表面温度和焊接电流;
焊接单位所需的总热量确定模块,用于根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量;
接触宽度确定模块,用于根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;
电阻确定模块,用于根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;
焊缝处总电阻确定模块,用于根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻;
有效热量确定模块,用于根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量;
焊缝厚度确定模块,用于根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度;
热量比值确定模块,用于根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;
焊缝质量目标函数确定模块,用于根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数;
质量预报模块,用于根据所述焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明通过研究连退机组焊机的设备参数、带材工艺参数和焊接工艺参数等因素对焊缝质量的影响,建立相应的焊缝质量影响模型,通过焊缝质量影响模型对焊机焊接质量起到预报的作用,确保焊接过程中焊缝的质量最好,提高实际生产效率和质量,给机组带来经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法流程图;
图2为本发明适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法及系统,对焊机焊接质量起到预报的作用,确保焊接过程中焊缝的质量最好,并且提高实际生产效率,给机组带来经济效益。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
综合考虑到连退机组米巴赫焊机的设备与工艺特点,研究焊接电流、搭接量、通电时间、焊接压力、搭接量以及电极和带钢的表面状态等因素对焊接质量的影响,建立相应的焊接质量影响模型,通过焊缝质量影响模型对焊机焊接质量起到了预报的作用,确保了焊接过程中焊缝的质量最好,具有进一步推广应用的价值。
图1为本发明适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法流程图。如图1所示,一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法包括:
步骤101:获取连退机组焊机的设备参数,所述设备参数包括上焊轮厚度、下焊轮厚度、上焊轮半径、下焊轮半径、上焊轮弹性模量、上焊轮泊松比、上焊轮速度、下焊轮弹性模量、下焊轮泊松比和下焊轮速度。
步骤102:获取带材工艺参数和焊接工艺参数,所述工艺参数包括:前行带钢弹性模量、前行带钢泊松比,前行带钢速度、后行带钢弹性模量、后行带钢泊松比、后行带钢速度、前行带钢压痕高度、后行带钢压痕高度、带钢比热容、带钢密度、带钢常温与熔核状态的温度差、前行带钢焊接碳当量、后行带钢焊接碳当量、前行带钢厚度、后行带钢厚度、搭接量、补偿量、焊轮压力、碾压轮压力、焊接速度、带钢表面温度和焊接电流。
步骤103:根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量,具体包括:
根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式Q=λcA·[(δsx)-(cs+cx)](bdjl+bbcl)·ρΔT,确定焊接单位所需的总热量。
其中,λ为熔核熔融系数,一般取λ=0.9~1.2,A为保证焊接质量,取焊透率在60%~80%之间的数值,c为带钢比热容,δs为前行带钢厚度、δx为后行带钢厚度,cs为前行带钢压痕高度、cx为后行带钢压痕高度,bdjl为搭接量、bbcl为补偿量,ρ为带钢密度、ΔT为带钢常温与熔核状态的温度差,Q为焊接单位所需的总热量。
步骤104:根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度,具体包括:
根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式:
Figure BDA0002558381330000091
分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度。
其中,P1为焊轮压力,v1为上焊轮泊松比,v2为前行带钢泊松比,v3为下焊轮泊松比,v4为后行带钢泊松比,E1为上焊轮弹性模量,E2为前行带钢弹性模量,E3为下焊轮弹性模量,E4为后行带钢弹性模量,bhls为上焊轮厚度、bhlx为下焊轮厚度、Rhls为上焊轮半径、Rhlx为下焊轮半径,bdws为上焊轮与前行带钢的接触宽度,bdwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度。
步骤105:根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻,具体包括:
根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度采用公式:
Figure BDA0002558381330000092
分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻。
其中,ρ0为带钢0℃时的电阻率,取ρ0=9.78×10-8Ωm;α为电阻率随温度变化的电阻温度系数,取α=6.51×10-3;K1为边缘效应引起电流场扩展的系数,K1=0.82~0.84;K2为绕流现象引起电流扩展的系数,可在0.8~0.9范围内选取;K3为碳当量对电阻的影响指数,K3=0.05;K4为熔核熔融宽度系数,K4=1.5,δs为前行带钢厚度、δx为后行带钢厚度,bdjl为搭接量,bdws为上焊轮与前行带钢的接触宽度,bdwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度,Ce1为前行带钢焊接碳当量、Ce2为后行带钢焊接碳当量,Rw1为前行带钢,Rw2为后行带钢电阻。
步骤106:根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻,具体包括:
根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻采用公式
Figure BDA0002558381330000101
确定焊缝处总电阻。
其中,m为与接触形式有关的系数,对点、线、面接触,分别取0.5、0.7、1,在此取m=1;Kc为与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数,在此取Kc=0.2~0.3,P1为焊轮压力,Rw1为前行带钢,Rw2为后行带钢电阻,R为焊缝处总电阻。
步骤107:根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量,具体包括:
根据焊缝处总电阻采用公式
Figure BDA0002558381330000102
确定焊接熔核时单位有效热量。
其中,γ为有效热量计算系数,一般取γ=0.2;φ为带钢厚度对有效热量的影响指数,φ=0.25~0.35;β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数,β=0.1~0.2,I为焊接电流,R为焊缝处总电阻,V为焊接速度,Ce1为前行带钢焊接碳当量、Ce2为后行带钢焊接碳当量,Q1为焊接熔核时单位有效热量。
步骤108:根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度,具体包括:
根据所述焊接熔核时单位有效热量采用公式
Figure BDA0002558381330000103
确定焊缝厚度。
其中,a为系数,BQ为热量影响系数,Q1为焊接熔核时单位有效热量,b为系数,BP2为碾压轮压力影响系数,c为系数,BL为搭接量影响系数,P2为碾压轮压力,H为焊缝厚度。
步骤109:根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,具体包括:
根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量采用公式F=Q1/Q,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值。
其中,Q1为焊接熔核时单位有效热量,Q为焊接单位所需的总热量,F为焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值。
步骤110:根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数,具体包括:
根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值采用公式
Figure BDA0002558381330000111
确定焊缝质量的目标函数。
其中,
Figure BDA0002558381330000112
为焊接热量对焊缝质量的影响系数,
Figure BDA0002558381330000113
为焊缝厚度对焊缝质量的影响系数,F为焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,H为焊缝厚度。
步骤111:根据所述焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。
图2为本发明适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报系统结构图。如图2所示,一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报系统包括:
设备参数获取模块201,用于获取连退机组焊机的设备参数,所述设备参数包括上焊轮厚度、下焊轮厚度、上焊轮半径、下焊轮半径、上焊轮弹性模量、上焊轮泊松比、上焊轮速度、下焊轮弹性模量、下焊轮泊松比和下焊轮速度。
工艺参数获取模块202,用于获取带材工艺参数和焊接工艺参数,所述工艺参数包括:前行带钢弹性模量、前行带钢泊松比,前行带钢速度、后行带钢弹性模量、后行带钢泊松比、后行带钢速度、前行带钢压痕高度、后行带钢压痕高度、带钢比热容、带钢密度、带钢常温与熔核状态的温度差、前行带钢焊接碳当量、后行带钢焊接碳当量、前行带钢厚度、后行带钢厚度、搭接量、补偿量、焊轮压力、碾压轮压力、焊接速度、带钢表面温度和焊接电流。
焊接单位所需的总热量确定模块203,用于根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量。
接触宽度确定模块204,用于根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度。
电阻确定模块205,用于根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻。
焊缝处总电阻确定模块206,用于根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻。
有效热量确定模块207,用于根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量。
焊缝厚度确定模块208,用于根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度。
热量比值确定模块209,用于根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值。
焊缝质量目标函数确定模块210,用于根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数。
质量预报模块211,用于根据所述焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。
以某连退焊接机组为例,结合图1,对本发明所述一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法进行详细说明。
实施例1:钢种为270TC
首先,在步骤(101)中收集连退机组焊机的设备参数:上焊轮厚度bhls=25mm、下焊轮厚度bhlx=25mm、上焊轮半径Rhls=150mm、下焊轮半径Rhlx=150mm、上焊轮弹性模量、泊松比E1=2.1×105MPa、ν1=0.28、下焊轮弹性模量、泊松比E3=2.1×105MPa、ν3=0.28。
随后在步骤(102)中,收集带材和焊接工艺参数:前行带钢弹性模量、泊松比E2=2.2×105MPa、ν2=0.3、后行带钢弹性模量、泊松比E4=2.2×105MPa、ν4=0.3、前行带钢压痕高度cs=0.05mm、后行带钢压痕高度cx=0.08mm、带钢比热容c=0.46×103J/(kg·℃)、带钢密度ρ=7.85g/cm3、带钢常温与熔核状态的温度差ΔT=1515℃、前行带钢焊接碳当量Ce1=0.032、后行带钢焊接碳当量Ce2=0.032、前行带钢厚度δs=0.5mm、后行带钢厚度δx=0.5mm、搭接量bdjl=1.1mm、补偿量bbcl=0.9mm、焊轮压力P1=7KN、碾压轮压力P2=1KN、焊接速度V=15m/min、带钢表面温度T=25℃、焊接电流I=11KA。
随后在步骤(103)中,计算焊接单位所需的热量Q:Q=λcA·[(δsx)-(cs+cx)](bdjl+bbcl)·ρΔT=22.5J
式中,λ为熔核熔融系数,一般取λ=0.9~1.2;A为保证焊接质量,取焊透率在60%~80%之间。
随后在步骤(104)中,根据赫兹公式,计算上焊轮与前行带钢的接触宽度bdws和下焊轮与后行带钢的接触宽度bdwx
Figure BDA0002558381330000131
随后在步骤(105)中,计算前行带钢与后行带钢电阻Rw1、Rw2
Figure BDA0002558381330000132
式中,ρ0为带钢0℃时的电阻率,取ρ0=9.78×10-8Ωm;α为电阻率随温度变化的电阻温度系数,取α=6.51×10-3;K1为边缘效应引起电流场扩展的系数,K1=0.82~0.84;K2为绕流现象引起电流扩展的系数,可在0.8~0.9范围内选取;K3为碳当量对电阻的影响指数,K3=0.05;K4为熔核熔融宽度系数,K4=1.5。
随后在步骤(106)中,计算焊缝处总电阻R:
Figure BDA0002558381330000141
式中,m为与接触形式有关的系数,对点、线、面接触,分别取0.5、0.7、1,在此取m=1;Kc为与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数,在此取Kc=0.2~0.3。
随后在步骤(107)中,计算焊接熔核时单位有效热量Q1
Figure BDA0002558381330000142
式中,γ为有效热量计算系数,一般取γ=0.2;φ为带钢厚度对有效热量的影响指数,φ=0.25~0.35;β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数,β=0.1~0.2。
随后在步骤(108)中,计算焊缝厚度H:
Figure BDA0002558381330000143
式中,a为系数;BQ为热量影响系数;b为系数;BP2为碾压轮压力影响系数;c为系数;BL为搭接量影响系数。
随后在步骤(109)中,将F为焊接过程单位有效热量与焊接过程单位熔核所需热量的比值,即:
F=Q1/Q=1.03
随后在步骤(110)中,计算焊缝质量的目标函数:
Figure BDA0002558381330000144
式中,
Figure BDA0002558381330000145
为焊接热量对焊缝质量的影响系数;
Figure BDA0002558381330000146
为焊缝厚度对焊缝质量的影响系数。
Figure BDA0002558381330000147
值根据现场实际情况取值,在此取0.7,通过生产最好质量的焊缝质量目标函数,与实际焊接的带钢焊缝量目标函数对比,判断其质量的好坏。此钢种焊缝质量目标函数最好为G0=0.88,误差为千分之一,在允许的范围内即此卷钢焊缝质量很好。
实施例2:钢种为CQ
首先,在步骤(101)中收集连退机组焊机的设备参数:上焊轮厚度bhls=25mm、下焊轮厚度bhlx=25mm、上焊轮半径Rhls=150mm、下焊轮半径Rhlx=150mm、上焊轮弹性模量、泊松比E1=2.1×105MPa、ν1=0.28、下焊轮弹性模量、泊松比E3=2.1×105MPa、ν3=0.28。
随后在步骤(102)中,收集带材和焊接工艺参数:前行带钢弹性模量、泊松比E2=2.2×105MPa、ν2=0.3、后行带钢弹性模量、泊松比E4=2.2×105MPa、ν4=0.3、前行带钢压痕高度cs=0.13mm、后行带钢压痕高度cx=0.15mm、带钢比热容c=0.46×103J/(kg·℃)、带钢密度ρ=7.85g/cm3、带钢常温与熔核状态的温度差ΔT=1515℃、前行带钢焊接碳当量Ce1=0.076、后行带钢焊接碳当量Ce2=0.076、前行带钢厚度δs=1.2mm、后行带钢厚度δx=1.2mm、搭接量bdjl=1mm、补偿量bbcl=0.7mm、焊轮压力P1=13KN、碾压轮压力P2=2KN、焊接速度V=11m/min、带钢表面温度T=25℃、焊接电流I=18KA。
随后在步骤(103)中,计算焊接单位所需的热量Q:Q=λcA·[(δsx)-(cs+cx)](bdjl+bbcl)·ρΔT=37.8J
式中,λ为熔核熔融系数,一般取λ=0.9~1.2;A为保证焊接质量,取焊透率在60%~80%之间。
随后在步骤(104)中,根据赫兹公式,计算上焊轮与前行带钢的接触宽度bdws和下焊轮与后行带钢的接触宽度bdwx
Figure BDA0002558381330000151
随后在步骤(105)中,计算前行带钢与后行带钢电阻Rw1、Rw2
Figure BDA0002558381330000161
式中,ρ0为带钢0℃时的电阻率,取ρ0=9.78×10-8Ωm;α为电阻率随温度变化的电阻温度系数,取α=6.51×10-3;K1为边缘效应引起电流场扩展的系数,K1=0.82~0.84;K2为绕流现象引起电流扩展的系数,可在0.8~0.9范围内选取;K3为碳当量对电阻的影响指数,K3=0.05;K4为熔核熔融宽度系数,K4=1.5。
随后在步骤(106)中,计算焊缝处总电阻R:
Figure BDA0002558381330000162
式中,m为与接触形式有关的系数,对点、线、面接触,分别取0.5、0.7、1,在此取m=1;Kc为与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数,在此取Kc=0.2~0.3。
随后在步骤(107)中,计算焊接熔核时单位有效热量Q1
Figure BDA0002558381330000163
式中,γ为有效热量计算系数,一般取γ=0.2;φ为带钢厚度对有效热量的影响指数,φ=0.25~0.35;β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数,β=0.1~0.2。
随后在步骤(108)中,计算焊缝厚度H:
Figure BDA0002558381330000164
式中,a为系数;BQ为热量影响系数;b为系数;BP2为碾压轮压力影响系数;c为系数;BL为搭接量影响系数。
随后在步骤(109)中,将F为焊接过程单位有效热量与焊接过程单位熔核所需热量的比值,即:
F=Q1/Q=0.958
随后在步骤(110)中,计算焊缝质量的目标函数:
Figure BDA0002558381330000171
式中,
Figure BDA0002558381330000172
为焊接热量对焊缝质量的影响系数;
Figure BDA0002558381330000174
为焊缝厚度对焊缝质量的影响系数。
Figure BDA0002558381330000173
值根据现场实际情况取值,在此取0.7,通过生产最好质量的焊缝质量目标函数,与实际焊接的带钢焊缝量目标函数对比,判断其质量的好坏。此钢种焊缝质量目标函数最好为G0=1.05,误差为千分之六,在允许的范围内即此卷钢焊缝质量很好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,包括:
获取连退机组焊机的设备参数,所述设备参数包括上焊轮厚度、下焊轮厚度、上焊轮半径、下焊轮半径、上焊轮弹性模量、上焊轮泊松比、上焊轮速度、下焊轮弹性模量、下焊轮泊松比和下焊轮速度;
获取带材工艺参数和焊接工艺参数,所述工艺参数包括:前行带钢弹性模量、前行带钢泊松比,前行带钢速度、后行带钢弹性模量、后行带钢泊松比、后行带钢速度、前行带钢压痕高度、后行带钢压痕高度、带钢比热容、带钢密度、带钢常温与熔核状态的温度差、前行带钢焊接碳当量、后行带钢焊接碳当量、前行带钢厚度、后行带钢厚度、搭接量、补偿量、焊轮压力、碾压轮压力、焊接速度、带钢表面温度和焊接电流;
根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量;
根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;
根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;
根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻;
根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量;
根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度;
根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;
根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数;
根据所述焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。
2.根据权利要求1所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量,具体包括:
根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式Q=λcA·[(δsx)-(cs+cx)](bdjl+bbcl)·ρΔT,确定焊接单位所需的总热量;
其中,λ为熔核熔融系数,A为保证焊接质量,取焊透率在60%~80%之间的数值,c为带钢比热容,δs为前行带钢厚度、δx为后行带钢厚度,cs为前行带钢压痕高度、cx为后行带钢压痕高度,bdjl为搭接量、bbcl为补偿量,ρ为带钢密度、ΔT为带钢常温与熔核状态的温度差,Q为焊接单位所需的总热量。
3.根据权利要求2所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度,具体包括:
根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式:
Figure FDA0002558381320000021
分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;
其中,P1为焊轮压力,v1为上焊轮泊松比,v2为前行带钢泊松比,v3为下焊轮泊松比,v4为后行带钢泊松比,E1为上焊轮弹性模量,E2为前行带钢弹性模量,E3为下焊轮弹性模量,E4为后行带钢弹性模量,bhls为上焊轮厚度、bhlx为下焊轮厚度、Rhls为上焊轮半径、Rhlx为下焊轮半径,bdws为上焊轮与前行带钢的接触宽度,bdwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度。
4.根据权利要求3所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻,具体包括:
根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度采用公式:
Figure FDA0002558381320000031
分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;
其中,ρ0为带钢0℃时的电阻率,α为电阻率随温度变化的电阻温度系数,K1为边缘效应引起电流场扩展的系数,K2为绕流现象引起电流扩展的系数,K3为碳当量对电阻的影响指数,K4为熔核熔融宽度系数,δs为前行带钢厚度、δx为后行带钢厚度,bdjl为搭接量,bdws为上焊轮与前行带钢的接触宽度,bdwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度,Ce1为前行带钢焊接碳当量、Ce2为后行带钢焊接碳当量,Rw1为前行带钢,Rw2为后行带钢电阻。
5.根据权利要求4所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻,具体包括:
根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻采用公式
Figure FDA0002558381320000032
确定焊缝处总电阻;
其中,m为与接触形式有关的系数;Kc为与接触材料、表面情况、接触形式等有关的系数,P1为焊轮压力,Rw1为前行带钢,Rw2为后行带钢电阻,R为焊缝处总电阻。
6.根据权利要求5所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量,具体包括:
根据焊缝处总电阻采用公式
Figure FDA0002558381320000033
确定焊接熔核时单位有效热量;
其中,γ为有效热量计算系数,φ为带钢厚度对有效热量的影响指数,β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数,I为焊接电流,R为焊缝处总电阻,V为焊接速度,Ce1为前行带钢焊接碳当量、Ce2为后行带钢焊接碳当量,Q1为焊接熔核时单位有效热量。
7.根据权利要求6所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度,具体包括:
根据所述焊接熔核时单位有效热量采用公式
Figure FDA0002558381320000041
确定焊缝厚度;
其中,a为系数,BQ为热量影响系数,Q1为焊接熔核时单位有效热量,b为系数,BP2为碾压轮压力影响系数,c为系数,BL为搭接量影响系数,P2为碾压轮压力,H为焊缝厚度。
8.根据权利要求7所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,具体包括:
根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量采用公式F=Q1/Q,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;
其中,Q1为焊接熔核时单位有效热量,Q为焊接单位所需的总热量,F为焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值。
9.根据权利要求8所述的适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报方法,其特征在于,所述根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数,具体包括:
根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值采用公式
Figure FDA0002558381320000042
确定焊缝质量的目标函数;
其中,
Figure FDA0002558381320000043
为焊接热量对焊缝质量的影响系数,
Figure FDA0002558381320000044
为焊缝厚度对焊缝质量的影响系数,F为焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,H为焊缝厚度。
10.一种适合于米巴赫焊机的焊缝质量预报系统,其特征在于,包括:
设备参数获取模块,用于获取连退机组焊机的设备参数,所述设备参数包括上焊轮厚度、下焊轮厚度、上焊轮半径、下焊轮半径、上焊轮弹性模量、上焊轮泊松比、上焊轮速度、下焊轮弹性模量、下焊轮泊松比和下焊轮速度;
工艺参数获取模块,用于获取带材工艺参数和焊接工艺参数,所述工艺参数包括:前行带钢弹性模量、前行带钢泊松比,前行带钢速度、后行带钢弹性模量、后行带钢泊松比、后行带钢速度、前行带钢压痕高度、后行带钢压痕高度、带钢比热容、带钢密度、带钢常温与熔核状态的温度差、前行带钢焊接碳当量、后行带钢焊接碳当量、前行带钢厚度、后行带钢厚度、搭接量、补偿量、焊轮压力、碾压轮压力、焊接速度、带钢表面温度和焊接电流;
焊接单位所需的总热量确定模块,用于根据所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用热量计算公式,确定焊接单位所需的总热量;
接触宽度确定模块,用于根据所述设备参数、所述带材工艺参数和所述焊接工艺参数采用赫兹公式,分别确定上焊轮与前行带钢的接触宽度和下焊轮与后行带钢的接触宽度;
电阻确定模块,用于根据所述带材工艺参数、所述焊接工艺参数、所述上焊轮与前行带钢的接触宽度及所述下焊轮与后行带钢的接触宽度,分别确定前行带钢电阻和后行带钢电阻;
焊缝处总电阻确定模块,用于根据所述前行带钢电阻和所述后行带钢电阻,确定焊缝处总电阻;
有效热量确定模块,用于根据焊缝处总电阻,确定焊接熔核时单位有效热量;
焊缝厚度确定模块,用于根据所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊缝厚度;
热量比值确定模块,用于根据焊接单位所需的总热量和所述焊接熔核时单位有效热量,确定焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值;
焊缝质量目标函数确定模块,用于根据所述焊缝厚度和所述焊接过程有效热量与焊接过程熔核所需热量的比值,确定焊缝质量的目标函数;
质量预报模块,用于根据所述焊缝质量的目标函数对焊缝质量进行预报。
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