CN117798460B - 一种超高强钢与高强钢的焊接系统及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，本发明提供了一种超高强钢与高强钢的焊接系统及其应用方法，包括服务器、以及焊接工位，其特征在于，超高强钢与高强钢的焊接系统还包括焊材预处理模块、焊接控制模块、焊接评估模块和焊接模块，焊材预处理模块对焊接工位中的焊接焊材进行处理，焊接模块对经过预处理后的焊接焊材进行焊接，焊接评估模块对焊接模块的过程数据进行采集，并根据采集得到的过程数据对焊接过程进行评估形成评估结果，焊接控制模块根据评估结果对焊接模块进行调整。本发明通过焊接控制模块和焊接模块的相互配合，使得焊接根据过程数据动态调整，保证整个系统具有自动调整能力强、智能程度高、适用场景广和焊接可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种超高强钢与高强钢的焊接系统及其应用方法。
背景技术
高强钢可应用于特种车/防暴车/装甲车，在焊接过程中常出现接头的组织性能劣化，由此产生高数值焊接残余应力甚至缺陷，其接头内部极易产生更多的应力集中、氢致裂纹、淬硬组织、夹杂、气孔等焊接缺陷，使焊接区域成为整个钢结构中最薄弱的部位。
如中国专利CN101954524B公开的一种超高强钢与异种高强钢的焊接工艺焊接系统，虽然给出了具体的焊接工艺焊接系统，但是存在无法对焊缝进行在线评估和自动调整，导致焊接焊材的浪费，同时，缺乏有效的实时监测手段，无法即时调整焊接过程中出现的问题。
现有技术中，还存在焊接材料预处理不足，焊缝金属易产生冷裂纹，即，焊前需要对待焊工件进行预热，预热温度的高低主要取决于高强钢的化学成分、强度等级、母材厚度以及焊接结构等。一般而言，母材的碳当量及强度等级越高、母材厚度越大，焊前的预热温度就越高，同时在焊接过程中还存在以下几方面的技术问题：
1）某些高强钢在焊接过程中可能出现局部软化现象，这是由于某些强化机制（如析出硬化）在高温下被逆转所致；
2）现有技术中，对于焊接接头性能的综合分析和预测能力有限；
3）焊接后缺乏必要的处理（如热处理、应力消除）。
为了解决本领域普遍存在监测能力不足、缺乏焊接过程的评估、焊接材料预处理能力不足、热处理过程缺乏分析、无法动态调整焊接过程和智能程度低等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种超高强钢与高强钢的焊接系统及其应用方法。
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种超高强钢与高强钢的焊接系统，超高强钢与高强钢的焊接系统包括服务器、以及焊接工位，所述超高强钢与高强钢的焊接系统还包括焊材预处理模块、焊接控制模块、焊接评估模块和焊接模块，所述服务器分别与所述焊材预处理模块、所述焊接模块、焊接控制模块、焊接评估模块连接；
所述焊材预处理模块对焊接工位中的焊接焊材进行处理，所述焊接模块对经过预处理后的焊接焊材进行焊接，所述焊接评估模块对焊接模块的过程数据进行采集，并根据采集得到的过程数据对焊接过程进行评估形成评估结果，所述焊接控制模块根据所述评估结果对所述焊接模块进行调整；
所述焊接模块包括焊接单元和焊材限位单元，所述焊材限位单元将预处理后的焊接焊材进行限位，所述焊接单元对所述焊材限位单元限位后的焊接焊材进行焊接；
所述焊材限位单元包括限位构件和吸附构件，所述吸附构件对经过预处理后的焊接焊材表面进行吸附，所述限位构件将吸附后的两个待焊接的焊接焊材进行限位；
其中，所述吸附构件对称设置在所述限位构件的两端，并在所述限位构件的限位操作下将两个待处理的焊接焊材相互靠近，并通过所述焊接单元对预处理后的焊接焊材进行焊接。
所述焊材预处理模块包括清扫单元和预热单元，所述清扫单元对待焊接的焊接焊材表面进行清扫，所述预热单元对待焊接的焊接焊材进行预热；
所述清扫单元包括清扫构件和高度抬升构件，所述清扫构件对所述焊接焊材表面进行清扫，所述高度抬升构件对所述清扫构件的清扫高度进行调整；
所述清扫构件包括清扫杆、清扫座、清扫驱动机构、清扫件，所述清扫件与所述清扫驱动机构驱动连接形成清扫部，所述清扫部设置在所述清扫座中，所述清扫杆的一端与所述清扫座连接，所述清扫杆的另一端与所述高度抬升构件连接；
其中，所述焊材预处理模块设置在所述焊接单元的一侧。
所述焊接评估模块包括焊接采集单元和评估单元，所述焊接采集单元采集所述焊接单元焊接的过程数据，所述评估单元根据所述焊接采集单元采集得到的过程数据对焊接过程进行评估；
其中，所述焊接采集单元设置在焊接单元焊接位置形成的焊缝的上方，并对所述焊缝的过程数据进行采集；
所述焊接采集单元包括超声波采集构件、温度采集构件和声采集构件，所述超声波采集构件采集焊缝的超声波数据，所述温度采集构件采集所述焊缝的温度数据，所述声采集构件采集所述焊缝的声场数据。
所述评估单元获取所述焊接采集单元的过程数据，并根据下式计算焊接合格指数Quality：
；
式中，τ1、τ2、τ3为权重系数，由系统根据焊接件的实际情况和焊接场景进行设定，f（U）为所述焊缝的超声波数据的处理函数，g（T）为所述焊缝的温度数据的处理函数，Num(Sthreshold)为超过设定声场监控阈值的声场事件数量，SDI(S) 是声场数据的谱分散指数，Total(S)为总声场事件数量；
若所述焊接合格指数Quality小于设定的监控阈值Rate，表面焊接质量低于预期，需要进行调整，则触发所述焊接控制单元对所述焊接单元进行控制。
所述焊缝的超声波数据的处理函数f（U）满足：
；
式中，Upeak为超声波数据的最大峰值，Var（U）为超声波数据的方差；
所述焊缝的温度数据的处理函数g（T）满足：
；
式中，CV（T）为温度变异系数，Tideal是理想焊接温度，Tmax是预设的最大温度偏差，Tavg是焊接过程中测量的平均温度。
所述焊接控制模块包括焊接控制单元和移动单元，所述焊接控制单元对所述焊接单元的焊接角度进行控制，所述移动单元对所述焊接单元的焊接速度进行控制；
所述移动单元设置在所述焊接焊材焊缝的上方，并带动所述焊接单元进行移动，以实现对所述焊接焊材焊缝的焊接；其中，所述移动单元包括移动轨道、支撑架、移动座、移动驱动机构、识别单元、以及至少三个位置标记件，位置标记件沿着所述移动轨道的长度方向等间距的分布，所述支撑架支撑所述移动轨道，并使得所述移动轨道位于所述焊接焊材焊缝的上方，所述移动座与所述移动轨道滑动连接，且所述焊接模块和所述焊材预处理模块均设置在所述移动座上，所述移动驱动机构设置在所述移动座上，并带动所述移动座沿着所述移动轨道进行滑动，所述识别单元设置在所述移动座上，并对位置标记件进行识别。
所述焊接控制单元获取所述焊接合格指数Quality和设定的监控阈值Rate，并根据下式计算所述焊接单元的调整焊接参数：
；
式中，Pnew为调整后的焊接参数值，Pold为当前的焊接参数值，α为调整系数，通过焊接历史数据进行拟合确定，Padjust为焊接参数的调整幅度，基于焊接过程的特性、历史数据和实际需求来设定。
所述超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法包括以下步骤：
S1、将两个待焊接的焊接焊材放置在焊接工位中，并通过所述限位单元将待焊接的焊接焊材进行限位；
S2、所述清扫单元对焊接焊材焊缝表面进行清洁，并通过所述预热单元对所述焊接焊材焊缝的表面进行预热；
S3、所述焊接模块对经过预热的焊接焊材焊缝进行焊接；
S4、所述评估模块采集所述焊接单元焊接的过程数据，并根据所述过程数据对所述焊接过程进行评估形成评估结果；
S5、所述焊接控制模块根据所述评估结果和设定的监控阈值Rate，计算所述焊接参数的具体调整值。
所述超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法还包括：在步骤S3中，所述焊接模块以初始速度进行移动，并沿着固定的方向进行焊接。
所述超高强钢与高强钢焊接结构焊接工艺焊接系统的应用方法还包括：在步骤S3中，两个待焊接的焊接焊材的焊接位置与所述焊接模块的移动方向平行，且位于所述焊接模块的下方，以使得所述焊接模块能对待焊接的所述焊接焊材进行焊接。
本发明所取得的有益效果是：
1. 通过焊接控制模块和焊接模块的相互配合，使得所述焊接根据实时采集的过程数据进行调整，保证整个系统具有自动调整能力强、智能程度高、适用的场景广和焊接可靠性高的优点；
2.通过所述评估模块和焊接控制模块之间的配合，使得所述焊接焊材之间的焊接质量更佳，也保证了整个系统能够更加高效的焊接，提升焊接位置的质量；
3.通过所述焊接控制单元和移动单元相互配合，使得对焊接焊材的焊接精度更高，保证整个系统具有焊接过程动态调整能力佳、焊接可靠性好和智能程度高的优点；
4.通过所述焊接模块和焊接控制模块、评估模块之间的相互配合，使得焊接焊材的焊接效率得到了提升，减低了冷裂纹发生概率，保证整个系统具有焊接过程评估精准、焊接过程可动态调整和焊接过程可靠性强的优点；
5.通过焊接模块和焊接预处理模块的相互配合，使得焊接焊材能够进行预处理，并提升焊接的可靠性，最大限度降低出现裂纹的缺陷，使得成品更好应用于特种车/防暴车/装甲车。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定相同的部分。
图1为本发明的整体方框示意图。
图2为本发明的焊接限位单元、焊接单元、焊接控制模块的方框示意图。
图3为本发明的清扫单元、预热单元和待焊接的两个焊接焊材的方框示意图。
图4为本发明的焊接工位、焊接模块的结构示意图。
图5为图4中B处的放大示意图。
图6为图4中A-A处的剖视示意图。
图7为图6中C处的放大示意图。
图8为图6中D处的放大示意图。
图9为本发明的所述调整构件、升降构件对磁控加热装置的位置进行调整的场景示意图。
图10为本发明的焊缝、清扫单元、预处理单元和焊接单元的应用场景示意图。
附图标记说明：1、焊接工位；2、移动轨道；3、移动座；4、升降杆；5、磁控加热装置；6、焊接弧枪；7、温度采集构件；8、吸附嘴；9、吸附座；10、限位杆；11、焊接焊材；12、调整杆；13、调整驱动机构；14、焊缝；15、支撑架；16、调节腔；17、调节螺杆；18、抬升杆；19、清扫件；20、调节驱动机构；21、调节座；22、螺帽；23、偏移座；24、调节杆。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，本实施例提供一种超高强钢与高强钢的焊接系统，超高强钢与高强钢的焊接系统包括服务器、以及焊接工位1，所述超高强钢与高强钢的焊接系统还包括焊材预处理模块、焊接控制模块、焊接评估模块和焊接模块，所述服务器分别与所述焊材预处理模块、所述焊接模块、焊接控制模块、焊接评估模块连接，并将所述焊材预处理模块、所述焊接模块、焊接控制模块和焊接评估模块的中间数据和过程数据存储在所述服务器的数据库中；
所述焊材预处理模块对焊接工位1中的焊接焊材11进行处理，所述焊接模块对经过预处理后的焊接焊材11进行焊接，所述焊接评估模块对焊接模块的过程数据进行采集，并根据采集得到的过程数据对焊接过程进行评估形成评估结果，所述焊接控制模块根据所述评估结果对所述焊接模块进行调整；
所述超高强钢与高强钢的焊接系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与所述焊材预处理模块、焊接控制模块、焊接评估模块和焊接模块控制连接，并基于所述中央处理器对焊材预处理模块、焊接控制模块、焊接评估模块和焊接模块进行集中控制，中央处理器的控制数据被保存至服务器的数据库中，以提升整个焊接系统的高效和稳定的运行；
所述焊接模块包括焊接单元和焊材限位单元，所述焊材限位单元将预处理后的焊接焊材进行限位，以使待焊接焊材11能够限位，所述焊接单元对所述焊材限位单元限位后的焊接焊材进行焊接；
所述焊材限位单元包括限位构件和吸附构件，所述吸附构件对经过预处理后的焊接焊材表面进行吸附，所述限位构件将吸附后的两个待焊接的焊接焊材进行限位；
其中，所述吸附构件对称设置在所述限位构件的两端，并在所述限位构件的限位操作下将两个待处理的焊接焊材相互靠近，并通过所述焊接单元对预处理后的焊接焊材进行焊接；
所述限位构件包括限位杆10、限位驱动机构和伸缩检测件，所述伸缩检测件对所述限位杆10的伸缩量进行检测，所述限位杆10设置为双头伸缩杆，并在所述限位驱动机构的驱动下实现伸缩动作，其中，所述限位杆10的两端分别设有所述吸附构件，并在所述吸附构件吸附在所述焊接焊材11的表面后，通过限位驱动机构驱动所述限位杆10进行伸缩动作，从而实现所述限位杆10的伸缩动作，使得所述焊接焊材11能够平齐且靠近的布设；
所述吸附构件包括吸附泵、吸附嘴8和吸附座9，所述吸附座9支撑所述吸附泵，所述吸附嘴8通过吸附管道与所述吸附泵连接形成吸附部，所述吸附部设置在所述吸附座9上；
具体的，当操作者将两个待焊接的焊接焊材放置在所述焊接工位1上时，通过吸附嘴8将所述焊接焊材11进行吸附后，使得两个所述焊接焊材11相互靠近，并配合所述焊接模块进行焊接操作；
所述焊接单元包括电弧焊枪、送丝构件、冷却构件、电弧控制构件，所述电弧焊枪对用于引导电弧到焊接焊材11，所述送丝构供应所述焊丝，所述冷却构件对电弧焊枪进行冷却，所述电弧控制构件对所述电弧焊枪的电流和电压进行控制，以控制焊接过程的热输入；
所述送丝构件包括焊丝、供应轮和供应驱动机构，所述供应驱动机构与所述供应轮驱动连接，所述供应轮用于与所述焊丝进行接触，以使得所述焊丝能够持续向所述电弧枪进行供应；
其中，所述供应轮本体上设置有放置槽，所述放置槽内设有接触垫，所述接触垫采用橡胶材质，且与所述焊丝接触的表面设有柔性凸起，以增大摩擦，提升供应的效率；
所述放置槽的槽宽与所述焊丝的周径相适配，并在所述供应驱动机构的驱动下实现焊丝的供应；
所述电弧控制构件包括电压调节器和电流调节器，所述电压调节器用于对所述电弧焊枪的电压进行调整，所述电流调节器对所述电弧焊枪的电流进行调整；
其中，所述电压调节器和所述电流调节器是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
所述冷却构件包括冷却风扇、散热孔、以及风扇调节器，所述冷却风扇对电弧焊枪进行散热，所述风扇调节器对所述冷却风扇的转速进行调整，所述冷却风扇设置在所述散热孔中，并对所述电弧焊枪进行散热；
其中，所述散热孔正对所述电弧焊枪设置；
可选的，所述焊材预处理模块包括清扫单元和预热单元，所述清扫单元对待焊接的焊接焊材表面进行清扫，所述预热单元对待焊接的焊接焊材进行预热；
所述清扫单元包括清扫构件和高度抬升构件，所述清扫构件对所述焊接焊材表面进行清扫，所述高度抬升构件对所述清扫构件的清扫高度进行调整；
所述清扫构件包括清扫杆、清扫座、清扫驱动机构、清扫件19，所述清扫件19与所述清扫驱动机构驱动连接形成清扫部，所述清扫部设置在所述清扫座中，所述清扫杆的一端与所述清扫座连接，所述清扫杆的另一端与所述高度抬升构件连接；
其中，所述焊材预处理模块设置在所述焊接单元的一侧；
所述高度抬升构件包括抬升杆18、抬升驱动机构和抬升检测件，所述抬升检测件对所述抬升杆18的抬升高度进行检测，以获得所述抬升杆18的抬升量，所述抬升杆18的一端与所述抬升驱动机构驱动连接形成清扫部，所述清扫部设置在所述焊接控制模块上，所述抬升杆18的另一端与所述清扫杆连接；
所述预热单元包括调整构件、升降构件、磁控加热装置5、以及距离调节构件，所述调整构件用于对磁控加热装置5进行支撑，所述磁控加热装置5对称设置在所述焊接焊材11形成的焊缝14的两端，并对所述焊接焊材11进行预热，所述升降构件对所述调整构件与所述焊接焊材11的距离进行调整，所述距离调节构件对所述升降构件和所述调整构件之间的距离进行调节；
所述磁控加热装置5包括磁控管、以及磁控控制器，所述磁控控制器控制通过所述磁控管的电磁感应电流，从而实现对所述焊接焊材11的加热；所述调整构件包括调整杆12、调整座、调整驱动机构13，所述调整杆12设置为双头可伸缩结构，所述第一磁控管和所述第二磁控管设置在所述调整杆12的两端端部，所述调整驱动机构13对所述调整杆12进行驱动，以使得所述调整杆12能够进行伸缩动作；
所述升降构件包括升降杆4和升降驱动机构，所述升降杆4的一端与所述升降驱动机构连接，所述升降杆4的另一端与所述升降驱动机构驱动连接形成升降部，所述升降部设置在所述距离调节构件上；
所述距离调节构件包括偏移座23、距离驱动机构、调节杆24和调节检测机构，所述偏移座23用于支撑所述升降部和所述清扫构件，所述调节杆24的一端与所述距离驱动机构驱动连接形成调节部，所述调节部设置在所述焊接控制模块上，所述调节杆的另一端与所述偏移座连接，所述调节检测机构对所述调节杆的伸缩量进行检测；
其中，所述调节杆24设置为可伸缩结构，并在所述距离驱动机构的驱动下实现伸缩动作；
同时，所述中央处理器根据实际需要控制所述距离驱动机构驱动所述调节杆24进行伸缩动作，以使得所述偏移座23的位置能够调整，也可根据实际需要调整所述磁控加热装置与焊接单元的距离，提升对焊接焊材的焊接效率和焊接可靠性；
在本实施例中，当对所述焊接焊材11进行预处理的过程中，通过升降构件将第一磁控管和所述第二磁控管的位置进行调整，并通过所述中央处理器对电磁感应电流进行控制，实现对所述焊接焊材11的预处理；在本实例中，所述预处理包括对所述焊接焊材11进行加热；
另外，所述磁控加热装置5可以替换为等离子弧加热装置、激光束加热装置和电子束加热装置等；
在本实施例中，如图10所示，图上的焊缝14为焊缝的侧面示意图，从右侧向左侧对焊接焊材进行焊接的中间过程，其中，黑色阴影是焊接后的焊道剖视图，稀疏一些的阴影是预加热部分的剖视图；
可选的，所述焊接评估模块包括焊接采集单元和评估单元，所述焊接采集单元采集所述焊接单元焊接的过程数据，所述评估单元根据所述焊接采集单元采集得到的过程数据对焊接过程进行评估；
其中，所述焊接采集单元设置在焊接单元焊接位置形成的焊缝14的上方，并对所述焊缝14的过程数据进行采集；
所述焊接采集单元包括超声波采集构件、温度采集构件7和声采集构件，所述超声波采集构件采集焊缝14的超声波数据，所述温度采集构件7采集所述焊缝14的温度数据，所述声采集构件采集所述焊缝14的声场数据；
所述超声波采集构件包括超声波传感器和第一存储器，所述超声波传感器用于发射和接收所述焊缝14的超声波信号，所述第一存储器存储所述超声波传感器采集得到的超声波数据；
所述温度采集构件7包括温度传感器和第二存储器，所述温度传感器采集所述焊缝14的实时温度数据，所述第二存储器存储所述温度传感器采集得到的所述焊缝14的实时温度数据；
所述声采集构件包括声波或声压级传感器、以及第三存储器，所述声波或声音级传感器捕获焊接过程中产生的声波和声压级数据，所述第三存储器存储所述焊接过程中产生的声波和声压级数据；
可选的，所述评估单元获取所述焊接采集单元的过程数据，并根据下式计算焊接合格指数Quality：
；
式中，τ1、τ2、τ3为权重系数，由系统根据焊接件的实际情况和焊接场景进行设定，f（U）为所述焊缝的超声波数据的处理函数，g（T）为所述焊缝的温度数据的处理函数，Num(Sthreshold)为超过设定声场监控阈值的声场事件数量，SDI(S) 是声场数据的谱分散指数，Total(S)为总声场事件数量，其值根据声场事件的实际情况直接获得；
所述焊缝的超声波数据的处理函数f（U）满足：
；
式中，Upeak为超声波数据的最大峰值，Var（U）为超声波数据的方差，满足：
；
式中， Ui为第i 次测量的超声波信号强度，n为总的测量次数，μ（U）为超声波信号强度值的平均值，满足：
；
式中， Ui为第i 次测量的超声波信号强度，n为总的测量次数；
所述焊缝的温度数据的处理函数g（T）满足：
；
式中，CV（T）为温度变异系数，Tideal是理想焊接温度，Tmax是预设的最大温度偏差，Tavg是焊接过程中测量的平均温度，满足：
；
式中，Tj是第j次测量的温度；
所述温度变异系数CV（T）根据下式进行计算：
；
式中，Tavg是焊接过程中测量的平均温度，σ为温度读数的标准差，其值根据下式进行计算：
；
式中，Tj是第j次测量的温度，Tavg是焊接过程中测量的平均温度，n为系统设定的焊接过程中测量的总次数；
在本实施例中，Num(Sthreshold)为超过设定声场监控阈值的声场事件数量根据以下步骤进行计算：
对于每个声场事件，如果其强度超过预设的阈值，则计入计数；
，其中，I 是指示函数，如果Sv（第v个声场事件的强度）大于阈值threshold，则I 的值为1，否则为0；
对于声场数据的谱分散指数SDI(S) 根据以下步骤进行确定：
S11、对声场信号进行频谱分析，得到一系列频谱数据，这些数据表示声场信号在不同频率上的强度；
S12、计算频谱数据的平均值μ（Spectrum(S)），具体为：
；
式中，Spectrum(Sv) 是第v个频率点的频谱强度，K是频率点的总数；
S13、计算频谱数据的方差Var(Spectrum(S))，公式为：
；
式中，μ（Spectrum(S)）为频谱数据的平均值，Spectrum(Sv) 是第v个频率点的频谱强度，其值根据以下步骤进行确定
S41、信号采样：将连续的信号S(t) 采样为离散的时间序列S[n]，其中，n 是样本索引；
S42、应用FFT（快速傅里叶变换）：
对离散时间序列S[n] 应用FFT，得到频域表示：FFT(S[n])=Sv；
这里Sv表示FFT计算结果中第v个频点的复数值。
S43、计算频谱强度：
频谱强度Spectrum(Sv) 采用Sv的模长来表示：
；
这表示在第v个频率点的信号强度；
求取标准差σ(Spectrum(S))：
；
式中，Var(Spectrum(S))为频谱数据的方差；
S14、计算声场数据的谱分散指数SDI(S)：
；
式中，μ（Spectrum(S)）为频谱数据的平均值，σ（Spectrum(S)）频谱数据的标准差；
若所述焊接合格指数Quality小于设定的监控阈值Rate，表面焊接质量低于预期，需要进行调整，则触发所述焊接控制单元对所述焊接单元进行控制；
若所述焊接合格指数Quality大于设定的监控阈值Rate，表面焊接质量符合预期，不需要进行调整；
其中，设定的监控阈值Rate由系统或操作者根据焊接焊材11的实际情况进行设定，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述评估模块和焊接控制模块之间的配合，使得所述焊接焊材11之间的焊接质量更佳，也保证了整个系统能够更加高效的焊接，提升焊接位置的质量；
可选的，所述焊接控制模块包括焊接控制单元和移动单元，所述焊接控制单元对所述焊接单元的焊接角度进行控制，所述移动单元对所述焊接单元的焊接速度进行控制；
所述移动单元设置在所述焊接焊材11焊缝14的上方，并带动所述焊接单元进行移动，以实现对所述焊接焊材11焊缝14的焊接；
其中，所述移动单元包括位置调节构件、移动轨道2、支撑架15、移动座3、移动驱动机构、识别单元、以及至少两个位置标记件，所述位置调节构件用于对所述焊接模块和焊接预处理模块与焊接焊材11的距离进行调节，即对焊接模块与焊接焊材11的距离进行调节，或对焊接预处理模块与焊接焊材11的距离进行调节，且所述焊接模块和所述焊材预处理模块均设置在所述位置调节构件上，所述位置标记件沿着所述移动轨道2的长度方向等间距的分布，所述支撑架15支撑所述移动轨道2，并使得所述移动轨道2位于所述焊接焊材11焊缝14的上方，所述移动座3与所述移动轨道2滑动连接，所述移动驱动机构设置在所述移动座3上，并带动所述移动座3、以及所述位置调节构件沿着所述移动轨道进行滑动，所述识别单元设置在所述移动座3上，并对位置标记件进行识别，且所述位置调节构件设置在所述移动座3上；
所述位置调节构件包括调节腔16、调节座21、调节螺杆17和调节驱动机构20，所述调节座21上设有螺帽22，且调节座21嵌套在所述调节螺杆17上，所述调节驱动机构20与所述调节螺杆17的驱动连接，以使得所述调节座21沿着所述调节螺杆17的长度方向进行往复抬升或下降，所述调节腔16供所述调节螺杆17进行放置，且所述调节螺杆17方向垂直于所述焊接工位1的上端面，使得所述调节驱动机构20驱动所述调节螺杆17进行转动的过程中，使得所述调节座21能够进行往复抬升或下降从而实现靠近或远离所述焊接工位1，实现对不同厚度的焊接焊材11进行焊接；
另外，所述焊接模块和所述焊材预处理模块均设置在所述调节座21上，并在垂直于所述焊接工位1的上端面进行抬升或下降调整；
同时，当确定所述焊接焊材11的厚度后，所述位置调节构件是固定的，通过移动驱动机构驱动移动座3则可以使得位置调节构件、所述焊接模块和所述焊材预处理模块沿着移动轨道2（焊缝14的方向与移动轨道2平行且恰好位于所述焊接单元的下方，如图6所示）的方向进行移动，从而实现对焊缝14的焊接；
可选的，所述焊接控制单元获取所述焊接合格指数Quality和设定的监控阈值Rate，并根据下式计算所述焊接单元的调整焊接参数Pnew：
；
式中，Pnew为调整后的焊接参数值，Pold为当前的焊接参数值，α为调整系数，通过焊接历史数据进行拟合确定，Padjust为焊接参数的调整幅度，基于焊接过程的特性、历史数据和实际需求来设定；
其中，所述焊接参数包括电流、电压、焊接速度；
通过所述焊接控制单元和移动单元相互配合，使得对焊接焊材的焊接精度更高，保证整个系统具有焊接过程动态调整能力佳、焊接可靠性好和智能程度高的优点；
通过焊接控制模块和焊接模块的相互配合，使得所述焊接根据实时采集的过程数据进行调整，保证整个系统具有自动调整能力强、智能程度高、适用的场景广和焊接可靠性高的优点；
在本实施例中，对于调整系数α根据以下步骤进确定：
S21、确定需要调整的焊接参数（如电流、电压、速度）对焊接质量的影响程度；
S22、通过实验确定当焊接参数改变时，焊接质量如何响应；其中，包括焊接试验和结果评估；
S23、焊接质量响应于焊接参数的线性关系，则存在：
；
式中，ΔQtarget 是期望的焊接质量改变量，ΔP 是焊接参数的改变量；
举个例子说明：假设想调整焊接速度来改善焊缝成形且实验数据表明，增加焊接速度每毫米/分钟，焊缝成形质量提高了一个单位；
目标焊接质量改变：ΔQtarget =3 单位（希望提高的焊缝成形质量）；
焊接速度改变量：ΔP=2 mm/min（计划改变的焊接速度）；
通过上式，则可以取：α=1.5，将其带入Pnew的计算公式中计算；
另外，在本实施例中，提供了一种超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法，所述超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法包括以下步骤：
S1、将两个待焊接的焊接焊材放置在焊接工位中，并在所述限位单元将待焊接的焊接焊材进行限位；
S2、所述清扫单元对焊接焊材焊缝表面进行清洁，并通过所述预热单元对所述焊接焊材焊缝的表面进行预热；如图10所示，从右侧向左侧对焊接焊材进行焊接的中间过程，其中，黑色阴影是焊接后的焊道剖视图，稀疏一些的阴影是预加热位置的剖视图；
S3、所述焊接模块对经过预热的焊接焊材焊缝进行焊接；
S4、所述评估模块采集所述焊接单元焊接的过程数据，并根据所述过程数据对所述焊接过程进行评估形成评估结果；
S5、所述焊接控制模块根据所述评估结果和设定的监控阈值Rate，计算所述焊接参数的具体调整值；
可选的，所述超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法还包括：在步骤S5中，对所述焊接参数包括所述电流值调整值、电压值的调整值和焊接速度的调整值；
可选的，所述超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法还包括：在步骤S3中，所述焊接模块以初始速度进行移动，并沿着固定的方向进行焊接；
可选的，所述超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法还包括：在步骤S3中，两个待焊接的焊接焊材的焊接位置与所述焊接模块的移动方向平行，且位于所述焊接模块的下方，以使得所述焊接模块能对待焊接的所述焊接焊材进行焊接；
在本实施例中，通过所述焊接模块和焊接控制模块、评估模块之间的相互配合，使得焊接焊材的焊接效率得到了提升，减低了冷裂纹发生概率，保证整个系统具有焊接过程评估精准、焊接过程可动态调整和焊接过程可靠性强的优点。
实施例二：本实施例应当理解为包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，还在于所述焊接控制模块还包括热处理分析单元，所述热处理分析单元对所述焊接单元当前焊接位置和所述预热位置之间距离进行分析形成分析结果，并根据所述分析结果触发所述距离调节构件动态调整所述磁控加热装置与所述焊接单元之间的距离；
所述热处理分析单元根据下式计算所述焊接位置的热输入指数HI：
；
式中，V为焊接控制单元对所述焊接单元施加的电压，I为焊接控制单元对所述焊接单元施加的电流， S为所述焊接单元的焊接速度，η为焊接效率，根据基于经验值或通过实验测定、焊接程序规范进行确定；
若所述热输入指数HI低于设定的调整阈值Action，则触发所述距离调整构件调整所述加热装置与焊接单元之间的距离；
若所述热输入指数HI超过设定的调整阈值Action，则说明焊接状态良好，不需要进行调整；
其中，设定的调整阈值Action由系统或操作者根据实际情况进行设定，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
在本实施例中，提供一种焊接效率η的具体确定方式，具体的：
1）经验值：对于常见的焊接过程，如手工电弧焊（SMAW）、气体保护金属电弧焊（GMAW）、钨极氩弧焊（TIG）等，焊接效率的值通常根据历史经验和行业标准给出；
例如，SMAW的焊接效率可能在60-75%之间，而GMAW和TIG焊接的效率可能高达80-90%；
2）实验测定：
在实验室或工业环境中，可以通过测量实际熔化的金属量和理论计算的熔化金属量来确定焊接效率；
这需要精确的测量设备和控制焊接过程的条件；
3）焊接程序规范：
在特定应用中，焊接程序规范可能提供针对特定过程和材料的焊接效率值；
这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，因而在本实施例中，不再一一赘述；
所述热处理分析单元获取所述热输入指数HI和设定的调整阈值Action，并根据下式计算所述磁控加热装置与所述焊接单元之间的距离调整量△d：
；
式中，HI为热输入指数，HIaction为系统预设的调整阈值，k为调整系数，其值满足：
；
式中，Δdmax是在最极端情况下（即HI等于HImin时）所需的最大距离调整量，Action是设定的热输入指数调整阈值，HImin是热输入指数的最小值，在这个值时需要最大的距离调整；
通过所述热处理分析单元和所述距离调节构件相互配合，使得焊接焊材的预处理可靠性更加高，保证整个系统具有热处理过程分析精准、焊接过程灵活性佳、智能程度高和焊接焊材预处理能力强的优点。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (7)
1.一种超高强钢与高强钢的焊接系统，超高强钢与高强钢的焊接系统包括服务器、以及焊接工位，其特征在于，所述超高强钢与高强钢的焊接系统还包括焊材预处理模块、焊接控制模块、焊接评估模块和焊接模块，所述服务器分别与所述焊材预处理模块、所述焊接模块、焊接控制模块、焊接评估模块连接；
所述焊材预处理模块对焊接工位中的焊接焊材进行处理，所述焊接模块对经过预处理后的焊接焊材进行焊接，所述焊接评估模块对焊接模块的过程数据进行采集，并根据采集得到的过程数据对焊接过程进行评估形成评估结果，所述焊接控制模块根据所述评估结果对所述焊接模块进行调整；
所述焊接模块包括焊接单元和焊材限位单元，所述焊材限位单元将预处理后的焊接焊材进行限位，所述焊接单元对所述焊材限位单元限位后的焊接焊材进行焊接；
所述焊材限位单元包括限位构件和吸附构件，所述吸附构件对经过预处理后的焊接焊材表面进行吸附，所述限位构件将吸附后的两个待焊接的焊接焊材进行限位；
其中，所述吸附构件对称设置在所述限位构件的两端，并在所述限位构件的限位操作下将两个待处理的焊接焊材相互靠近，并通过所述焊接单元对预处理后的焊接焊材进行焊接；
所述焊接控制模块包括焊接控制单元和移动单元，所述焊接控制单元对所述焊接单元的焊接角度进行控制，所述移动单元对所述焊接单元的焊接速度进行控制；
所述焊接评估模块包括焊接采集单元和评估单元，所述焊接采集单元采集所述焊接单元焊接的过程数据，所述评估单元根据所述焊接采集单元采集得到的过程数据对焊接过程进行评估；
其中，所述焊接采集单元设置在焊接单元焊接位置形成的焊缝的上方，并对所述焊缝的过程数据进行采集；
所述焊接采集单元包括超声波采集构件、温度采集构件和声采集构件，所述超声波采集构件采集焊缝的超声波数据，所述温度采集构件采集所述焊缝的温度数据，所述声采集构件采集所述焊缝的声场数据；
所述评估单元获取所述焊接采集单元的过程数据，并根据下式计算焊接合格指数Quality：
；
式中，τ1、τ2、τ3为权重系数，由系统根据焊接件的实际情况和焊接场景进行设定，f（U）为所述焊缝的超声波数据的处理函数，g（T）为所述焊缝的温度数据的处理函数，Num(Sthreshold)为超过设定声场监控阈值的声场事件数量，SDI(S) 是声场数据的谱分散指数，Total(S)为总声场事件数量；
若所述焊接合格指数Quality小于设定的监控阈值Rate，表面焊接质量低于预期，需要进行调整，则触发所述焊接控制单元对所述焊接单元进行控制；
所述焊缝的超声波数据的处理函数f（U）满足：
；
式中，Upeak为超声波数据的最大峰值，Var（U）为超声波数据的方差；
所述焊缝的温度数据的处理函数g（T）满足：
；
式中，CV（T）为温度变异系数，Tideal是理想焊接温度，Tmax是预设的最大温度偏差，Tavg是焊接过程中测量的平均温度。
2.根据权利要求1所述的超高强钢与高强钢的焊接系统，其特征在于，所述移动单元设置在所述焊接焊材焊缝的上方，并带动所述焊接单元进行移动，以实现对所述焊接焊材焊缝的焊接；其中，所述移动单元包括移动轨道、支撑架、移动座、移动驱动机构、识别单元、以及至少三个位置标记件，位置标记件沿着所述移动轨道的长度方向等间距的分布，所述支撑架支撑所述移动轨道，并使得所述移动轨道位于所述焊接焊材焊缝的上方，所述移动座与所述移动轨道滑动连接，且所述焊接模块和所述焊材预处理模块均设置在所述移动座上，所述移动驱动机构设置在所述移动座上，并带动所述移动座沿着所述移动轨道进行滑动，所述识别单元设置在所述移动座上，并对位置标记件进行识别。
3.根据权利要求2所述的超高强钢与高强钢的焊接系统，其特征在于，所述焊材预处理模块包括清扫单元和预热单元，所述清扫单元对待焊接的焊接焊材表面进行清扫，所述预热单元对待焊接的焊接焊材进行预热；
所述清扫单元包括清扫构件和高度抬升构件，所述清扫构件对所述焊接焊材表面进行清扫，所述高度抬升构件对所述清扫构件的清扫高度进行调整；
所述清扫构件包括清扫杆、清扫座、清扫驱动机构、清扫件，所述清扫件与所述清扫驱动机构驱动连接形成清扫部，所述清扫部设置在所述清扫座中，所述清扫杆的一端与所述清扫座连接，所述清扫杆的另一端与所述高度抬升构件连接；
其中，所述焊材预处理模块设置在所述焊接单元的一侧。
4.根据权利要求3所述的超高强钢与高强钢的焊接系统，其特征在于，所述焊接控制单元获取所述焊接合格指数Quality和设定的监控阈值Rate，并根据下式计算所述焊接单元的调整焊接参数：
；
式中，Pnew为调整后的焊接参数值，Pold为当前的焊接参数值，α为调整系数，通过焊接历史数据进行拟合确定，Padjust为焊接参数的调整幅度。
5.一种根据权利要求4所述的超高强钢与高强钢的焊接系统的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括以下步骤：
S1、将两个待焊接的焊接焊材放置在焊接工位中，并通过所述限位单元将待焊接的焊接焊材进行限位；
S2、所述清扫单元对焊接焊材焊缝表面进行清洁，并通过所述预热单元对所述焊接焊材焊缝的表面进行预热；
S3、所述焊接模块对经过预热的焊接焊材焊缝进行焊接；
S4、所述评估模块采集所述焊接单元焊接的过程数据，并根据所述过程数据对所述焊接过程进行评估形成评估结果；
S5、所述焊接控制模块根据所述评估结果和设定的监控阈值Rate，计算所述焊接参数的具体调整值。
6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于，所述应用方法还包括：在步骤S3中，所述焊接模块以初始速度进行移动，并沿着固定的方向进行焊接。
7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述应用方法还包括：在步骤S3中，两个待焊接的焊接焊材的焊接位置与所述焊接模块的移动方向平行，且位于所述焊接模块的下方，以使得所述焊接模块能对待焊接的所述焊接焊材进行焊接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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