CN117283096A - 一种铝合金焊接方法、焊接系统、存储介质、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金焊接方法、焊接系统、存储介质、电子设备旨在解决传统焊接强度不足，修补成本过高损耗较大且焊接质量较低的问题，方法包括：采用控轧工艺辅助焊接。本发明通过在热轧过程中施加焊接压力，使铝合金在形成焊缝的同时获得较高的变形程度。这种变形有助于细化晶粒和改善晶界的连续性。细小的晶粒可以提高材料的强度和硬度。此外，控轧焊接还可以消除内部气孔和夹杂物，进一步提高接头的强度。

Description

一种铝合金焊接方法、焊接系统、存储介质、电子设备

技术领域

本发明涉及技术金属焊接技术领域，具体涉及一种铝合金焊接方法、焊接系统、存储介质、电子设备。

背景技术

自焊接技术发展以来，焊接一直是装备、结构等各类工业品的主要制造手段之一。据不完全统计，世界上70％的金属都要经过焊接方式制作成各类设备，焊接的关键作用在工业及其他各个领域是不言而喻的；而随着焊接技术的发展，各类焊接技术、装备、工艺、材料都有了巨大进步，也使焊接技术的发展得到了空前的提升，应用领域不断拓展。但是到目前为止，铝合金钨极氩弧焊的焊接接头仍为铸造态组织，即使焊接技术、焊接设备、焊接方法、工艺不断改进和创新，但是钨极氩弧焊的焊接接头始终不可避免铸态组织存在着各类焊接缺陷，比如裂纹、气孔、夹杂、未焊透、未熔合、晶粒粗大等。这些焊接接头的缺陷在残余拉应力的作用下，导致设备以及结构的失效和破坏，带来了巨大的安全隐患。

以往保证焊接接头性能的主要方式是提高设计壁厚、提高材料等级、加强过程及焊后检验、减少应力集中点等强化焊缝质量，比如更改设计、更换材料、无损检测、打磨应力集中处等。对于无损检测查出存在的超标缺陷，要进行缺陷的打磨、挖除和修复措施，由此造成了成本和时间的巨大浪费，导致了焊接结构成本高、能耗大。但这些方法始终不能根本性解决焊接所带来的焊接接头与母材上的差异。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提出了一种强度较高，韧性强，十分可靠的铝合金焊接方法、焊接系统、存储介质、电子设备。

(二)技术方案

本发明的一种铝合金焊接方法，包括如下步骤：

S100、对铝板的外表面进行抛光打磨预处理；

S200、将焊接单元移动至焊缝位置处，并调整好焊接单元与控轧单元之间的间距、位置，并在控制单元处设置好焊接参数；

S300、焊接单元采用TIG方法进行焊接，当温度检测单元检测焊缝温度在470-530℃时便由控制单元驱动控轧单元进行轧制；

S400、控轧完成后，待工件冷却好再对其进行检验检测。

可选地，在步骤S300中，温度检测单元获取到实时温度信息后，传递给控制单元并与预设的控轧温度进行对比，当实时温度值低于预设温度值时控轧位置点靠近熔池中心点，若温度高于预设温度值则减慢控轧速率使得控轧中心点位置远离熔池中心点。

可选地，所述温度检测单元采集的是熔池中心点处的实时温度。

可选地，所述焊接单元与所述控轧单元同时进行工作。

第二方面，本发明还公开了一种铝合金焊接系统，包括：

焊接单元，对两铝合金板需要连接的缝隙进行焊接；

温度检测单元，实时获取焊缝处的温度，并将温度信息传递给控制单元；

控制单元，通过分析焊缝处的温度信息以及变化规律，驱动控轧单元对焊缝进行控轧；

控轧单元，包括控轧头以及位移臂，用于对焊缝进行轧制处理。

可选地，所述焊接单元通过钨极氩弧焊进行焊接。

可选地，还包括：

保护单元，通过对焊接单元喷射氩气，以保护钨极，增加焊接的稳定性，同时防止铝合金板氧化，并加速焊缝冷却；

辅助单元，对控轧单元进行气-电的连接和特殊工装的扩展连接。

第三方面，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述技术方案所述的铝合金焊接方法步骤。

第四方面，本发明还公开了一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序：

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述技术方案所述的铝合金焊接方法步骤。

(三)有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明中通过在热轧过程中施加焊接压力，使铝合金在形成焊缝的同时获得较高的变形程度。这种变形有助于细化晶粒和改善晶界的连续性。细小的晶粒可以提高材料的强度和硬度。此外，控轧焊接还可以消除内部气孔和夹杂物，进一步提高接头的强度。

(2)本发明中控轧焊接过程中，铝合金在高温下经历了延展和塑性变形，使得焊缝区域的晶粒得以重新排列和细化。这种细化晶粒可以提高铝合金的韧性和冲击韧度，从而增加焊缝的抗拉伸和抗冲击性能。

(3)本发明中控轧焊接的一个重要优势是减小了焊接过程中产生的残余拉应力。通过在热轧过程中施加压力，控轧焊接可以使金属板材在焊接过程中产生的应力得到释放和改变，形成残余压应力。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明中焊接方法的逻辑结构示意图；

图2为本发明中焊接系统的结构示意图；

图3为本发明中电子设备的结构示意图。

100、控制单元，200、温度检测单元，300、控轧单元，400、焊接单元；

10、处理器，11、存储器，12、通信接口，13、通信总线。

具体实施方式

本发明核心是提供一种铝合金焊接方法，该铝合金焊接方法可实现铝合金钨极氩弧焊自动焊接过程的全自动实时控轧，将微控轧钨极氩弧焊焊接接头的应力状态由拉应力变为压应力，细化焊缝组织晶粒，减少焊接缺陷，提高焊缝质量，使得焊接接头性能与母材相近；本发明的另一核心是提供了一种铝合金焊接系统、可读取存储介质、电子设备，均具有上述有益效果。

为了对本发明实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，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介绍。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。

请参考图1，图1为焊接方法的逻辑结构示意图，该焊接方法包括如下S100～S400。

S100、对铝板的外表面进行抛光打磨预处理；

本步骤旨在将加工表面处理干净，从而达到增加焊接质量的目的，在进行抛光打磨时需要达到不开坡口及无衬垫，在打磨抛光完成后，将处理好的两块铝板拼接在工作台处，等待下一步加工。

S200、将焊接单元400移动至焊缝位置处，并调整好焊接单元400与控轧单元300之间的间距、位置，并在控制单元100处设置好焊接参数；

本步骤旨在对焊接、控轧参数进行设置，本发明中，焊接单元400包括焊枪与焊丝，焊接材料为的ER2325(铝合金焊接专用焊丝)，保护气体种类为99.99％的Ar，气体流量为15L/min。在加工开始前需要确认保护气体是否充足。该保护气体的作用在于保护钨极，增加焊接的稳定性，同时防止铝合金板氧化，同时在加工时对熔池进行冷却。

S300、焊接单元400采用TIG方法进行焊接，当温度检测单元200检测焊缝温度在470-530℃时便由控制单元100驱动控轧单元300进行轧制；

本步骤中，打底过程中的焊接参数为：焊接电流290A，预送气0.3s，起弧电流160％，上升时间0.6s，交流频率75Hz，交流偏移50％，下降时间3s，交流平衡25％，收弧电流13％，延时送气25s；盖面过程中的焊接工艺参数为：焊接材料为的ER2325，送丝速度25mm/s，焊接电流290A，预送气0.3s，起弧电流160％，上升时间0.6s，交流频率75Hz，交流偏移50％，下降时间3s，交流平衡25％，收弧电流13％，延时送气25s，焊枪摆宽6.4mm，摆速10mm/s。

轧制时次啊用气动轧制，轧制温度为470-530℃，轧制压力0.4MPa，控轧头摆速45mm/s，轧制距离60mm。

通过模拟现有焊接工艺与采用本发明的控轧方法进行焊接对比，即令原有焊接工艺加工为试件一，采用本发明的控轧方法进行焊接为试件二。

其中，表中强度系数的计算公式为式中，D表示强度系数，a表示测试件的强度测试均值，而b表示铝合金板购入时的强度值。

通过微控轧焊接可以有效地提高2219T8铝合金钨极氩弧焊焊接接头的抗拉强度，最大值可以达到母材值的77.73％，超过熔化焊接接头下限值220MPa的55.45％。

S400、控轧完成后，待工件冷却好再对其进行检验检测。

在上述实施例的基础上：

在本发明的一个实施例中，在步骤S300中，温度检测单元200获取到实时温度信息后，传递给控制单元100并与预设的控轧温度进行对比，当实时温度值低于预设温度值时控轧位置点靠近熔池中心点，若温度高于预设温度值则减慢控轧速率使得控轧中心点位置远离熔池中心点。

即通过本发明的技术方案有效的解决了铝合金焊接过程中焊缝强度系数不足的问题，控轧焊接通过在热轧过程中施加焊接压力，使铝合金在形成焊缝的同时获得较高的变形程度。这种变形有助于细化晶粒和改善晶界的连续性。细小的晶粒可以提高材料的强度和硬度。此外，控轧焊接还可以消除内部气孔和夹杂物，进一步提高接头的强度。

控轧焊接过程中，铝合金在高温下经历了延展和塑性变形，使得焊缝区域的晶粒得以重新排列和细化。这种细化晶粒可以提高铝合金的韧性和冲击韧度，从而增加焊缝的抗拉伸和抗冲击性能。

控轧焊接的一个重要优势是减小了焊接过程中产生的残余拉应力。通过在热轧过程中施加压力，控轧焊接可以使金属板材在焊接过程中产生的应力得到释放和改变，形成残余压应力。

需要说明是，在焊接时，控轧单元300也是同时进行工作的，即通过温度检测单元200即激光温度传感器，将熔池中心点的实时温度反馈给控制单元100，再由控制单元100进行温度比对并控制控轧中心点与熔池中心的位置。

温度传感器实时监测焊缝温度场的变化规律，并及时传递到上位机进行计算，根据温度变化规律及温度梯度阈值调整控轧单元300的运动轨迹，对相应焊接热循环中轧制温度区域的焊缝进行一定频率的控轧。

本发明实施例提供了一种铝合金焊接系统。

如图2所示，本发明实施例所提供的铝合金焊接系统可以温度检测单元200、控制单元100、控轧单元300以及焊接单元400。

焊接单元400，用于采用TIG焊法对两铝合金板需要连接的缝隙进行焊接；

温度检测单元200，实时获取焊缝处的温度，并将温度信息传递给控制单元100，该焊缝处的温度即为熔池中心点的温度；

控制单元100，通过分析焊缝处的温度信息以及变化规律，驱动控轧单元300对焊缝进行控轧；

控轧单元300，包括控轧头以及位移臂，用于对焊缝进行轧制处理，而位移臂则用于控制控轧头配合控制单元100的命令进行控轧处理。

可见，本发明实施例所提供的铝合金焊接系统，实时根据焊缝温度场的变化规律来控轧焊缝，提高焊缝成型后的综合性能。通过对不同材料控轧力、控轧频率、控轧温度、摆动速度等参数的测试，找到最适合控轧焊接铝合金的工艺参数，按照设定的工艺参数进行焊接，其可广泛应用于实际生产过程中。

在本发明的一个是实施例中，焊接单元400通过钨极氩弧焊进行焊接。

在本发明的一个是实施例中，还可以包括：

保护单元，通过对焊接单元400喷射氩气(Ar)，以保护钨极，增加焊接的稳定性，同时防止铝合金板氧化，并加速焊缝冷却；

辅助单元，对控轧单元300进行气-电的连接和特殊工装的扩展连接。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质。

本发明实施例所提供的计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时可实现如上述任意一种铝合金焊接方法的步骤。

该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对于本发明实施例提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不作赘述。

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。对于实施例公开的装置而言，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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本发明实施例提供了一种检测设备。

请参考图3，图3为本发明所提供的一种检测设备的结构示意图，该检测设备可包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时可实现如上述任意一种铝合金焊接方法的步骤。

如图3所示，为检测设备的组成结构示意图，检测设备可以包括：处理器10、存储器11、通信接口12和通信总线13。处理器10、存储器11、通信接口12均通过通信总线13完成相互间的通信。

在本发明实施例中，处理器10可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、特定应用集成电路、数字信号处理器、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件等。

处理器10可以调用存储器11中存储的程序，具体的，处理器10可以执行铝合金焊接方法的实施例中的操作。

存储器11中用于存放一个或者一个以上程序，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令，在本发明实施例中，存储器11中至少存储有用于实现以下功能的程序：

通过温度检测单元200实时监控焊接单元400焊接时熔池中心点的温度，并将其反馈给控制单元100，由控制单元100驱动控轧单元300保持最佳的控轧距离，从而实现提高焊接质量与焊接强度。

在一种可能的实现方式中，存储器11可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统，以及至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储使用过程中所创建的数据。

此外，存储器11可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件或其他易失性固态存储器件。

通信接口12可以为通信模块的接口，用于与其他设备或者系统连接。

当然，需要说明的是，图3所示的结构并不构成对本发明实施例中检测设备的限定，在实际应用中检测设备可以包括比图3所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种铝合金焊接方法，

其特征在于，包括如下步骤：

S100、对铝板的外表面进行抛光打磨预处理；

S200、将焊接单元移动至焊缝位置处，并调整好焊接单元与控轧单元之间的间距、位置，并在控制单元处设置好焊接参数；

S300、焊接单元采用TIG方法进行焊接，当温度检测单元检测焊缝温度在470-530℃时便由控制单元驱动控轧单元进行轧制；

S400、控轧完成后，待工件冷却好再对其进行检验检测。

2.根据权利要求1所述的铝合金焊接方法，其特征在于，在步骤S300中，温度检测单元获取到实时温度信息后，传递给控制单元并与预设的控轧温度进行对比，当实时温度值低于预设温度值时控轧位置点靠近熔池中心点，若温度高于预设温度值则减慢控轧速率使得控轧中心点位置远离熔池中心点。

3.根据权利要求2所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述温度检测单元采集的是熔池中心点处的实时温度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述焊接单元与所述控轧单元同时进行工作。

5.一种铝合金焊接系统，

其特征在于，包括：

焊接单元，对两铝合金板需要连接的缝隙进行焊接；

温度检测单元，实时获取焊缝处的温度，并将温度信息传递给控制单元；

控制单元，通过分析焊缝处的温度信息以及变化规律，驱动控轧单元对焊缝进行控轧；

控轧单元，包括控轧头以及位移臂，用于对焊缝进行轧制处理。

6.根据权利要求5所述的铝合金焊接系统，其特征在于，所述焊接单元通过钨极氩弧焊进行焊接。

7.根据权利要求6所述的铝合金焊接系统，其特征在于，还包括：

保护单元，通过对焊接单元喷射氩气，以保护钨极，增加焊接的稳定性，同时防止铝合金板氧化，并加速焊缝冷却；

辅助单元，对控轧单元进行气-电的连接和特殊工装的扩展连接。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的铝合金焊接方法步骤。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序：

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的铝合金焊接方法步骤。