CN112964205A - 一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，涉及一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测技术，为了解决现有的熔滴尺寸在线检测手段存在一定的局限性的问题。本发明首先通过观察不同质量的熔滴自由振荡的周期，确定出熔滴固有频率与熔滴质量的关系；在焊接过程中，通过激振源对熔滴施加变频率的激振源序列，促使熔滴产生受迫振荡；根据熔滴受迫振荡过程中所产生的电弧电压变化情况，确定出电弧电压波动的峰值以及其对应的激振源的频率，等效出熔滴固有频率；结合前述标定的熔滴固有频率与熔滴质量的关系计算出当前熔滴的质量，再根据焊丝的物理属性计算出熔滴尺寸。有益效果为检测设备简单，成本低，实时性增强，精度高。

Description

一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法
技术领域
本发明涉及一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测技术。
背景技术
在现有的GMAW中，熔滴过渡状态对焊道成型的均匀性和一致性有很大的影响，进而会影响焊道的力学性能；然而，由于送丝速度、保护气气氛、焊接电流、电压的动态变化，再加上外界的干扰，电弧环境难以保持稳定不变，熔滴过渡具有一定的随机性；在要求不高的场合，这样的不稳定性尚可接受，但是在某些场合，熔滴过渡的随机性会在一定程度上使GMAW的应用受到限制；例如在薄板焊接中，焊道横截面积通常较小，熔滴过渡频率的变化可能会导致焊道宽度产生明显变化，甚至导致驼峰和焊道不连续等焊接缺陷；在GMA增材制造中，熔滴过渡的随机性可能导致成型件结构尺寸与预期不符，表面质量降低；这使得成型过程不易控制，成型件质量不易保证，限制了GMA增材制造在精密制造领域的应用；由此可见，熔滴过渡的在线控制对提升GMAW的焊接质量和扩大GMA增材制造的应用范围有重要的意义。
熔滴尺寸在线检测是熔滴过渡闭环控制的基础，现有的熔滴尺寸检测手段均存在一定的局限性。例如，图像检测法会受到弧光、焊接烟尘和焊接飞溅的影响，同时实时控制对图像处理效率要求较高；热信号检测方法难以精确确定熔滴边界，所得熔滴尺寸误差较大；检测焊接电流和焊接电压的方法，多用于判断当前熔滴是否从焊丝端头脱落，或者是否发生短路过程，难以对熔滴尺寸进行检测。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的熔滴尺寸在线检测手段存在一定的局限性的问题，提出了一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法。
本发明所述的一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法包括以下步骤：
步骤一、通过观察熔滴自由振荡的周期，确定出熔滴固有频率与熔滴质量的关系；
步骤二、在焊接过程中，通过激振源对熔滴施加变频率的激振源序列，促使熔滴产生受迫振荡；
步骤三、根据熔滴受迫振荡过程中所产生的电弧电压变化情况，确定出电弧电压波动的峰值；
步骤四、根据步骤三找出的电弧电压波动的峰值确定出电弧电压波动峰值出现的时刻对应的激振源的频率，进而根据激振源的频率等效出熔滴固有频率；
步骤五、根据步骤四等效出的熔滴固有频率，并结合步骤一确定出的熔滴固有频率与熔滴质量的关系计算出当前熔滴的质量，再根据焊丝的物理属性计算出熔滴尺寸。
本发明的有益效果是以熔滴受迫谐振原理为基础，通过激发变频激振源序列对熔滴进行受迫振荡，通过检测电弧电压，判断熔滴的振幅峰值对应的激振频率，即可推算熔滴尺寸；所用检测设备简单，成本低，相比图像法运算量大大减小，实时性增强，精度提高，为熔滴临界尺寸在线控制提供了基础；同时，此控制原理对多种激振方法均有效，如振动焊丝激振和电流脉冲激振等，不具有局限性，应用范围较广。
附图说明
图1为具体实施方式一中熔滴固有频率与熔滴质量的关系曲线图；
图2为具体实施方式一中熔滴振荡模型示意图；
图3为具体实施方式一中典型幅频响应曲线图；
图4为具体实施方式一中变频激振及电压峰值的产生曲线图；
图5为具体实施方式一中熔滴尺寸在线检测原理图；
图6为具体实施方式一中电流脉冲法激振检测装置结构示意图；
图7为具体实施方式一中振动焊丝激振检测装置结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述的一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，该检测方法包括以下步骤：
步骤一、通过观察熔滴自由振荡的周期，确定出熔滴固有频率与熔滴质量的关系；通过实验观察熔滴自由的振荡周期，确定熔滴固有频率与其质量的关系如图1所示，由图1可知，熔滴固有频率随熔滴质量的增加逐渐减小，根据熔滴质量可唯一确定熔滴的固有频率，反之亦然。
步骤二、在焊接过程中，通过激振源对熔滴施加变频率的激振源序列，促使熔滴产生受迫振荡；熔滴的受迫振荡能够看作是一个带阻尼的弹簧振子，具体模拟为如图2所示的熔滴振荡模型，在该熔滴振荡模型中，熔滴通过弹簧悬挂在焊丝端头，由于熔融金属液的黏度，系统存在阻尼；对于有阻尼的振荡系统，其受迫振荡的典型幅频响应曲线如图3所示，其中β为动力放大系数，λ为激振频率与熔滴固有频率的比值；由图3可知，当λ<<1时，即激振力频率远小于系统的固有频率时，动力放大系数β→1，即熔滴振幅近似地等于激振力幅值；当λ>>1时，即激振力频率远大于系统的固有频率时，动力放大系数β→0，即熔滴振幅近似接近于0；当λ≈1时，即激振力频率与系统的固有频率近似相等时，熔滴处在谐振状态，动力放大系数β迎来峰值，表明熔滴振幅达到最大；由于系统阻尼相对较小，可以近似认为在λ＝1处，即激振频率与熔滴固有频率相等时熔滴振幅达到峰值；在焊接过程中，通过激振源对一定大小的熔滴施加变频率的激振源序列，促使熔滴产生受迫振荡；
步骤三、根据熔滴受迫振荡过程中所产生的电弧电压变化情况，确定出电弧电压波动的峰值；在激振过程中，熔滴会以一定的速度生长，导致其固有频率轻微减小，如图4所示，随着激振源频率逐渐增加，当激振源频率与熔滴固有频率逐渐接近时，熔滴振幅逐渐增加；熔滴振荡会引起弧长的明显变化，进而使电弧电压产生变化；
步骤四、根据步骤三找出的电弧电压波动的峰值确定出电弧电压波动的峰值对应的激振源的频率，进而根据激振源的频率等效出熔滴固有频率；由于电弧电压波动的峰值出现时熔滴固有频率与激振频率近似相等，因此可得此时的熔滴固有频率；
步骤五、根据步骤四等效出的熔滴固有频率，并结合步骤一确定出的熔滴固有频率与熔滴质量的关系计算出当前熔滴的质量，再根据焊丝的物理属性计算出熔滴尺寸。
在本实施方式中，获取熔滴固有频率后，根据图1中熔滴固有频率与其质量的关系计算当前熔滴的质量，再根据熔滴的密度，计算出熔滴尺寸；具体的熔滴尺寸在线检测原理如图5所示；其中利用控制器对激振源进行控制；
在本实施方式中，激振源可以是变化的焊接电流产生的交变电磁力，也可以是振动焊丝产生的机械力；
如果激振源为变化的焊接电流产生的交变电磁力，则变化的焊接电流产生的交变电磁力的具体方法为：使用激振脉冲电源，在原有焊接电流上叠加电流脉冲波形，对熔滴产生交变的电弧力，激发熔滴振荡；具体结构如图6所示，为降低对热输入的影响，所用电流脉冲强度无需太高，能激发熔滴振荡即可，其中，使用脉冲电流激振，电流脉冲峰值150A～200A。
如果激振源为振动焊丝产生的交变机械力，则振动焊丝产生的机械力的具体方法为：使用激振机构使得焊丝上下振动，对熔滴施加交变的机械力进行主动激振，如图7所示，应选用较小的焊丝振幅，避免熔滴在谐振阶段产生过大的振幅而脱离焊丝端头发生熔滴过渡，其中，激振频率0～200Hz，焊丝振幅0.1～0.5mm。

Claims (5)

1.一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：
步骤一、通过观察熔滴自由振荡的周期，确定出熔滴固有频率与熔滴质量的关系；
步骤二、在焊接过程中，通过激振源对熔滴施加变频率的激振源序列，促使熔滴产生受迫振荡；
步骤三、根据熔滴受迫振荡过程中所产生的电弧电压变化情况，确定出电弧电压波动峰值；
步骤四、根据步骤三找出的电弧电压波动峰值确定出电弧电压波动峰值出现的时刻对应的激振源的频率，进而根据激振源的频率等效出熔滴固有频率；
步骤五、根据步骤四等效出的熔滴固有频率，并结合步骤一确定出的熔滴固有频率与熔滴质量的关系计算出当前熔滴的质量，再根据焊丝的物理属性计算出熔滴尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，其特征在于，步骤二中激振源为变化的焊接电流产生的交变电磁力；
变化的焊接电流产生的交变电磁力的具体方法为：使用激振脉冲电源，在原有焊接电流上叠加电流脉冲波形，对熔滴产生交变的电弧力，激发熔滴振荡。
3.根据权利要求2所述的一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，其特征在于，激振脉冲电源所产生的电流脉冲峰值150A～200A。
4.根据权利要求1所述的一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，其特征在于，步骤二中激振源为激振振动焊丝产生的机械力；
激振振动焊丝产生的机械力的具体方法为：使用激振机构使得焊丝上下振动，对熔滴施加交变的机械力进行主动激振。
5.根据权利要求4所述的一种熔化极气体保护焊熔滴尺寸的在线检测方法，其特征在于，激振机构的激振频率0～200Hz。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115673481A (zh) * 2022-11-17 2023-02-03 湘潭大学 一种基于电弧传感的gtaw过程磁控熔滴过渡频率控制方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56118642A (en) * 1980-02-23 1981-09-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Measuring apparatus for distribution of size of droplet sprayed from nozzle
KR20010066948A (ko) * 1999-07-28 2001-07-11 이준호 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치
CN101220451A (zh) * 2008-01-22 2008-07-16 西北工业大学 均匀充电金属液滴偏转距离测控装置及其测控方法
JP2015116564A (ja) * 2013-11-15 2015-06-25 秋田エプソン株式会社 液滴振動装置及び液滴振動方法
CN106053467A (zh) * 2016-06-08 2016-10-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种观测微液滴的装置及方法
CN107717190A (zh) * 2017-10-11 2018-02-23 哈尔滨工业大学 基于熔滴谐振原理的气体保护焊熔滴过渡控制装置及控制方法
CN107764311A (zh) * 2016-08-23 2018-03-06 张宇 一种焊接电弧工艺性能评价方法
CN108407304A (zh) * 2018-02-05 2018-08-17 三峡大学 一种微滴喷射3d打印长度尺寸预测方法
CN111044434A (zh) * 2019-12-31 2020-04-21 太原科技大学 一种熔化极气体保护焊熔滴过渡过程的模拟装置及方法
CN111243006A (zh) * 2020-01-09 2020-06-05 东华大学 一种基于图像处理的液滴接触角及尺寸的测量方法
CN111975174A (zh) * 2020-07-21 2020-11-24 华南理工大学 一种双丝脉冲mig焊熔滴共振过渡控制方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56118642A (en) * 1980-02-23 1981-09-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Measuring apparatus for distribution of size of droplet sprayed from nozzle
KR20010066948A (ko) * 1999-07-28 2001-07-11 이준호 오일 적하방식의 솔더볼 제조장치
CN101220451A (zh) * 2008-01-22 2008-07-16 西北工业大学 均匀充电金属液滴偏转距离测控装置及其测控方法
JP2015116564A (ja) * 2013-11-15 2015-06-25 秋田エプソン株式会社 液滴振動装置及び液滴振動方法
CN106053467A (zh) * 2016-06-08 2016-10-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种观测微液滴的装置及方法
CN107764311A (zh) * 2016-08-23 2018-03-06 张宇 一种焊接电弧工艺性能评价方法
CN107717190A (zh) * 2017-10-11 2018-02-23 哈尔滨工业大学 基于熔滴谐振原理的气体保护焊熔滴过渡控制装置及控制方法
CN108407304A (zh) * 2018-02-05 2018-08-17 三峡大学 一种微滴喷射3d打印长度尺寸预测方法
CN111044434A (zh) * 2019-12-31 2020-04-21 太原科技大学 一种熔化极气体保护焊熔滴过渡过程的模拟装置及方法
CN111243006A (zh) * 2020-01-09 2020-06-05 东华大学 一种基于图像处理的液滴接触角及尺寸的测量方法
CN111975174A (zh) * 2020-07-21 2020-11-24 华南理工大学 一种双丝脉冲mig焊熔滴共振过渡控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOCHAO ZHANG等: "Current-independent metal transfer by utilizing droplet resonance in gas metal arc welding", 《JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY》 *
罗怡等: "电弧填丝增材制造过程熔滴射滴过渡特征及其对熔滴沉积成形的影响", 《机械工程学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115673481A (zh) * 2022-11-17 2023-02-03 湘潭大学 一种基于电弧传感的gtaw过程磁控熔滴过渡频率控制方法

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