一種鋁鋼cmt熔釬焊接過程控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，包括以下步驟，在鋁板和鋼板焊縫區(qū)安裝溫度傳感器，近縫區(qū)上方安裝有測距傳感器，測距傳感器縱向以焊接速度V移動，橫向以速度P往復運動，測距傳感器從焊縫一端運動到另一端為一個周期，在一個周期內(nèi)根據(jù)近縫區(qū)溫度、焊縫寬度、余高、潤濕角實時數(shù)據(jù)，判斷焊接過程是否正常，調(diào)整下一個周期的焊接參數(shù)。本發(fā)明的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，通過溫度傳感器、測距傳感器實時的檢測近縫區(qū)溫度、焊縫寬度、余高、潤濕角，調(diào)整焊接參數(shù)，避免了釬焊側(cè)焊縫溫度過高，焊接表面平整，提高了焊接質(zhì)量，操作簡便，便于推廣與應用。
【專利說明】一種鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，屬于金屬材料加工領域。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，鋁與鋼的焊接工藝方法主要有電弧焊、摩擦焊、釬焊、爆炸焊、擴散焊、電阻 焊和激光焊等，可分為熔化焊、釬焊和固相焊三大類。對熔化焊來說，由于鋁與鋼兩種金屬 在固態(tài)下幾乎不固溶，且熱物理性能差異較大，在焊接接頭內(nèi)極易生成硬而脆的Fe-Al金 屬間化合物，嚴重惡化接頭的力學性能，從而使鋁合金/鋼熔化焊接頭失去了應用價值。對 于釬焊和摩擦焊等固相連接方法來說，雖然可以得到較高的鋁合金/鋼接頭強度，但受工 件形狀和尺寸的限制，應用范圍和接頭形式受到了很大的限制。
[0003] 因此衍生出多種工藝方法實現(xiàn)鋁合金與鋼的熔釬焊，如激光熔釬焊、TIG熔釬焊、 MIG熔釬焊、CMT熔釬焊等。激光熔釬焊能有效控制界面的反應、可以實現(xiàn)無釬劑的鋁臺金 /鍍鋅鋼板的熔一釬焊，并得到滿意的接頭質(zhì)量，但減小光斑以達到需要的激光功率密度時 需要提高工件的裝配精度，這會增加生產(chǎn)成本。TIG電弧具有能量輸出穩(wěn)定、成本低等優(yōu)勢 而成為鋁合金/鋼熔一釬焊的有效工藝方法，但因受限于鎢極溫度，TIG電弧能量輸出受 限，使其焊接效率相對較低。MIG焊雖然沒有鎢極燒損的問題，可以大電流高速施焊，但容易 產(chǎn)生飛濺以及高速焊接焊縫成形差、易產(chǎn)生咬邊、駝峰焊道等缺陷。
[0004] 相比之下，CMT熔釬焊與其它工方法相比具有過程穩(wěn)定、熱輸入低等優(yōu)勢，可實現(xiàn) 鋁/鋼薄板的優(yōu)質(zhì)連接。在確定填充材料和釬劑下，焊接熱過程是接頭釬焊界面金屬間化 合物層的決定性因素，決定著界面各種金屬間化合物的生長、形態(tài)及分布。目前采用離線數(shù) 值模擬技術(shù)與工藝試驗相結(jié)合的方法，深入分析鋁合金與鋼熔一釬焊接熱過程，這對促進 鋁合金與鋼熔一釬焊技術(shù)的應用具有意義，但是這僅僅是離線分析技術(shù)，缺乏相應焊接過 程中的熱和焊縫表面成形反饋控制技術(shù)。
[0005] 因此尋找一種有效的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法、避免釬焊側(cè)焊縫溫度過 高、焊縫表面成形惡化，成為了一個新的重要任務。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種鋁鋼CMT熔釬焊接 過程控制方法，避免釬焊側(cè)焊縫溫度過高，實時方便。
[0007] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法， 其特征在于，包括以下步驟：
[0008] 在鋼板側(cè)近縫區(qū)安裝溫度傳感器，在近縫區(qū)上方安裝有測距傳感器，測距傳感器 縱向以焊接速度V移動，橫向以速度P往復運動，測距傳感器從焊縫一端運動到另一端為一 個周期，在一個周期內(nèi)根據(jù)近縫區(qū)溫度、焊縫寬度、余高、潤濕角實時數(shù)據(jù)，判斷焊接過程是 否正常，調(diào)整下一個周期的焊接參數(shù)；
[0009] 當焊接過程處于正常狀態(tài)，則維持當前焊接參數(shù)不變；
[0010] 當潤濕角小于〇度，認為焊縫填充不足，需減小焊接電流、焊接速度，焊接電壓維 持不變；
[0011] 當潤濕角大于20度時，如果焊接溫度正常，并且焊接過程處于不正常狀態(tài)、焊縫 余高過高時，則加快焊接速度、提高焊接電壓；
[0012] 當潤濕角大于20度時，如果焊接溫度偏高，并且焊接過程處于亞正常狀態(tài)，則加 快焊接速度、減小焊接電流；當余高與焊縫寬度比值大于A，焊接過程處于不正常狀態(tài)、則 中止焊接；
[0013] 當潤濕角大于20度時，如果焊接溫度偏低，并且焊接過程處于亞正常狀態(tài)，則減 小焊接速度或增大焊接電流；當比值大于A，則認為焊縫余高過高，減小焊接速度的同時增 大焊接電流。
[0014] 作為優(yōu)選，所述焊接過程是否正常，根據(jù)以下判斷：
[0015] (1)當近縫區(qū)溫度處于區(qū)間[770,800]時，認為焊接溫度正常；
[0016] (2)當近縫區(qū)溫度大于800時，認為溫度偏高；
[0017] (3)當近縫區(qū)溫度小于770時，認為溫度偏低；
[0018] (4)當潤濕角在區(qū)間[0, 20度]、焊接溫度正常，認為焊接過程處于正常的狀態(tài)；
[0019] (5)當潤濕角小于0度，認為焊縫填充不足，需調(diào)整焊接參數(shù)；
[0020] (6)當潤濕角大于20度時，如焊接溫度正常，則繼續(xù)判斷余高與焊縫寬度比值，當 比值小于或等于A時，認為焊接過程仍處于正常狀態(tài)；當比值大于A，則認為處于不正常狀 態(tài)、焊縫余高過高，需調(diào)整焊接參數(shù)；
[0021] (7)當潤濕角大于20度時，如焊接溫度偏高，則繼續(xù)判斷余高與焊縫寬度比值，當 比值小于或等于A時，認為焊接過程處于亞正常狀態(tài)，焊接工藝存在可調(diào)節(jié)余量，需調(diào)整焊 接參數(shù)；當比值大于A，則認為處于不正常狀態(tài)、焊縫余高過高，在釬料選擇或焊前準備方 面存在問題，可考慮中止焊接；
[0022] (8)當潤濕角大于20度時，如焊接溫度偏低，則繼續(xù)判斷余高與焊縫寬度比值，當 比值小于或等于A時，認為焊接過程處于亞正常狀態(tài)，焊接工藝存在可調(diào)節(jié)余量，需調(diào)整焊 接參數(shù)；當比值大于A，則認為處于不正常狀態(tài)、焊縫余高過高，需調(diào)整焊接參數(shù)。
[0023] 作為優(yōu)選，所述比值A的范圍[2, 6]。
[0024] 作為優(yōu)選，所述焊縫寬度為，ts為測距傳感器與焊縫一邊邊沿交匯的時刻，tD為 測距傳感器與焊縫另一邊邊沿交匯的時刻。
[0025] 作為優(yōu)選，所述焊縫余高為在[ts，tD]時間范圍內(nèi)，H-h(t)進行排序，獲得的最大 值就是焊縫余高，H為測距傳感器距離鋁板或鋼板上表面的距離，h(t)為測距傳感器實時 測量焊縫上表面的距離。
[0026] 作為優(yōu)選，所述潤濕角Θ = arctan(Kl/K2)，其中，tD時刻的導數(shù)ΚΙ、K2, Kl = d (H~h (t)) /dt, K2 = d (P (t)) /dt 〇
[0027] 作為優(yōu)選，所述V的調(diào)節(jié)范圍[80mm/min, 100mm/min]，P = 600mm/min，焊接電壓 調(diào)節(jié)范圍[12V，15V]，焊接電流調(diào)節(jié)范圍[80，120A]。
[0028] 焊縫寬度、余高計算方法：
[0029] 當測距傳感器在平行于被焊工件的平面上，只是沿著垂直于焊接方向往復移動， 則測距傳感器掃描焊縫表面所經(jīng)過的路徑MD將處于焊縫的橫截面上，M點、D點為掃描路徑 上焊縫與工件的交接點，同時掃描得出測距傳感器與被焊工件之間H、測距傳感器與焊縫表 面之間的距離h。設H為事先設置的恒定值，則當測距傳感器沿著垂直于焊接方向上移動 時，對應時刻t的橫截面上焊縫表面所處點的高度為H-h (t)，顯然該值是變化的。
[0030] 當測距傳感器以焊接速度V、往復移動速度為P進行運動時，MD上各點在X軸坐標 為：P · t ;由于測距傳感器與焊槍在焊接方向上同步運行，測距傳感器往復掃描焊縫表面所 經(jīng)過的路徑將不再處于焊縫的橫截面上，而是近似一個螺旋線SD，S點、D點為掃描路徑上 焊縫與工件的交接點。可見，不能根據(jù)曲線SD來計算焊縫余高、焊縫寬度、潤濕角。將SD 上各點垂直投影至經(jīng)過D點的橫截面，S點的投影為M點，由于SD上各點的Z軸坐標值沒有 改變，則對應投影各點構(gòu)成的曲線MD，其上各點Z軸坐標值也沒有改變；因此在掃描速度足 夠快的前提條件下，可由掃描路徑上各點Z軸坐標值近似構(gòu)成焊縫橫截面各點的高度值。
[0031] 根據(jù)H-h (t)的值可知，當t變化時，該值也在變化。隨著時間變化，對該值進行記 錄并形成H-h (t)的原始數(shù)據(jù)序列則對進行高斯小波變換，利用一階導數(shù)提 取該值變化的突變點。該小波變換核心算法如下所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 在鋼板側(cè)近縫區(qū)安裝溫度傳感器，在近縫區(qū)上方安裝有測距傳感器，測距傳感器縱向 以焊接速度V移動，橫向以速度P往復運動，測距傳感器從焊縫一端運動到另一端為一個周 期，在一個周期內(nèi)根據(jù)近縫區(qū)溫度、焊縫寬度、余高、潤濕角實時數(shù)據(jù)，判斷焊接過程是否正 常，調(diào)整下一個周期的焊接參數(shù)； 當焊接過程處于正常狀態(tài)，則維持當前焊接參數(shù)不變； 當潤濕角小于〇度，認為焊縫填充不足，需減小焊接電流、焊接速度，焊接電壓維持不 變； 當潤濕角大于20度時，如果焊接溫度正常，并且焊接過程處于不正常狀態(tài)、焊縫余高 過高時，則加快焊接速度、提高焊接電壓； 當潤濕角大于20度時，如果焊接溫度偏高，并且焊接過程處于亞正常狀態(tài)，則加快焊 接速度、減小焊接電流；當余高與焊縫寬度比值大于A，焊接過程處于不正常狀態(tài)、則中止 焊接； 當潤濕角大于20度時，如果焊接溫度偏低，并且焊接過程處于亞正常狀態(tài)，則減小焊 接速度或增大焊接電流；當余高與焊縫寬度比值大于A，則認為焊縫余高過高，減小焊接速 度的同時增大焊接電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于，所述焊接過程 是否正常，根據(jù)以下判斷： (1) 當近縫區(qū)溫度處于區(qū)間[770,800]時，認為焊接溫度正常； (2) 當近縫區(qū)溫度大于800時，認為溫度偏高； (3) 當近縫區(qū)溫度小于770時，認為溫度偏低； (4) 當潤濕角在區(qū)間[0, 20度]、焊接溫度正常，認為焊接過程處于正常的狀態(tài)； (5) 當潤濕角小于0度，認為焊縫填充不足，需調(diào)整焊接參數(shù)； (6) 當潤濕角大于20度時，如焊接溫度正常，則繼續(xù)判斷余高與焊縫寬度比值，當比值 小于或等于A時，認為焊接過程仍處于正常狀態(tài)；當比值大于A，則認為處于不正常狀態(tài)； (7) 當潤濕角大于20度時，如焊接溫度偏高，則繼續(xù)判斷余高與焊縫寬度比值，當比值 小于或等于A時，認為焊接過程處于亞正常狀態(tài)；當比值大于A，則認為處于不正常狀態(tài)； (8) 當潤濕角大于20度時，如焊接溫度偏低，則繼續(xù)判斷余高與焊縫寬度比值，當比值 小于或等于A時，認為焊接過程處于亞正常狀態(tài)；當比值大于A，則認為處于不正常狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于：所述比值A的 范圍[2, 6]。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于：所述焊縫寬 度為|PXts-PXtD|，％為測距傳感器與焊縫一邊邊沿交匯的時刻，tD為測距傳感器與焊縫 另一邊邊沿交匯的時刻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于：所述焊縫余 高為在[ts，tD]時間范圍內(nèi)，H-h(t)進行排序，獲得的最大值，H為測距傳感器距離鋁板或 鋼板上表面的距離，h(t)為測距傳感器實時測量焊縫上表面的距離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于：所述潤濕角 9 = arctan(K 1/，其中，tD時刻的導數(shù) K1、K2, K1 = d(H_h(t))/dt，K2 = d(P(t))/dt〇
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁鋼CMT熔釬焊接過程控制方法，其特征在于：所述V的調(diào) 節(jié)范圍[8〇111111/111；[11，10〇111111/111；[11]，？ = 60〇111111/111；[11，焊接電壓調(diào)節(jié)范圍[12￥，15￥]，焊接電流調(diào) 節(jié)范圍[80，120A]。
【文檔編號】B23K1/00GK104475897SQ201410699740
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】黃燕, 陳書錦, 王歡, 吳銘方 申請人:滬東中華造船(集團)有限公司