本發(fā)明涉及一種焊接方法和系統(tǒng)，特別涉及一種閃光焊的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

閃光焊也稱接觸焊，是兩個(gè)金屬工件端面接觸，通過端面的接觸點(diǎn)導(dǎo)電，接觸電阻產(chǎn)生的電阻熱加熱工件端部，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，工件接觸面的金屬熔化形成液態(tài)金屬層，通過外加縱向力擠出液態(tài)金屬，并使高溫金屬產(chǎn)生塑性變形，在結(jié)合面產(chǎn)生共同晶粒，獲得致密的熱鍛組織形成對(duì)接接頭。

在閃光焊接過程中，特別是焊接鋼軌等大橫斷面材料時(shí)，保證焊接過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性是焊接過程中最為重要的技術(shù)問題。其中閃光焊接質(zhì)量穩(wěn)定性主要依賴于焊接加熱步驟中充分且均勻的加熱，所以合適的加熱能耗變得十分關(guān)鍵，然而現(xiàn)有技術(shù)僅僅根據(jù)測(cè)量總能耗是否達(dá)到預(yù)定值來(lái)確定下一步頂鍛階段的開始時(shí)間，這僅僅限于理想的加熱狀態(tài)，所述理想狀態(tài)是指全部焊接過程維持在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)下，并且沒有斷電或者短路等突發(fā)狀態(tài)。但是在實(shí)際操作中，由于焊接過程中電壓振幅的變化，不同焊接材料表面狀態(tài)不同，焊接元件回路的通電狀態(tài)以及金屬粉塵污染對(duì)焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等因素都會(huì)造成能耗的損失，從而影響焊接時(shí)實(shí)際用于焊接材料上的能耗小于總能耗。

總能耗主要通過加熱步驟中的焊接電流，焊接電壓，焊接時(shí)間來(lái)計(jì)算，通過熱輸入方式和能量可任意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換到下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于焊接過程中損失能耗難以計(jì)算，所以現(xiàn)有技術(shù)僅僅根據(jù)焊接電流，焊接電壓和焊接時(shí)間計(jì)算輸出的總能耗來(lái)判斷下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，一方面沒有考慮到電壓振幅，焊接材料表面狀態(tài)，焊接元件回路的通電狀態(tài)等實(shí)際因素，另一方面沒有考慮在金屬過冷過熱和爆破破壞的損失能耗。因此，不能準(zhǔn)確評(píng)估焊接材料時(shí)的實(shí)際能耗是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，導(dǎo)致在加熱步驟中焊接材料不能充分加熱或者加熱不均勻情況下，不能形成可產(chǎn)生溫度梯度較平緩的溫度場(chǎng)后開始下一階段，從而不能擴(kuò)大焊接材料上的頂鍛溫度區(qū)，導(dǎo)致焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定的現(xiàn)象。例如，增加焊接電壓，能增加瞬間功率，導(dǎo)致總能耗達(dá)到預(yù)定值，但是實(shí)際能耗并沒有達(dá)到，使實(shí)際加熱過程中并沒有保持足夠多的熱量在焊接材料中，沒有產(chǎn)生平穩(wěn)的溫度場(chǎng)，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。

因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種閃光焊的方法和系統(tǒng)。旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中僅通過加熱階段的總能耗判斷下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，所造成加熱不充分和加熱不均勻，從而導(dǎo)致焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定的技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種閃光焊的方法，其中包括步驟：

步驟S100、通過閃光焊設(shè)備中的電流傳感器、電壓傳感器和位移傳感器分別采集焊接過程的焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)；

步驟S200、根據(jù)焊接電流、焊接電壓和閃光時(shí)間計(jì)算出總能耗，以及根據(jù)焊接材料的特性和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計(jì)算出損失能耗；

步驟S300、根據(jù)總能耗與損失能耗的差值計(jì)算出實(shí)際能耗，當(dāng)所述實(shí)際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時(shí)，發(fā)出結(jié)束閃光焊加熱階段并進(jìn)入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設(shè)備。

所述的閃光焊的方法，其中，所述總能耗的計(jì)算公式如下所示：；

其中，H是總能耗；I是焊接電流；U是焊接電壓；T是閃光時(shí)間。

所述的閃光焊的方法，其中，所述損失能耗的計(jì)算公式如下所示：；

其中，S是每克焊接材料的損失能耗率；F是焊接部位的橫斷面積；W是焊接材料的密度；D為給進(jìn)位移。

所述的閃光焊的方法，其中，在采集到焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和整定。

所述的閃光焊的方法，其中，所述焊接材料為鋼軌、鋼管或方坯。

一種閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括：閃光焊設(shè)備和控制設(shè)備；

所述閃光焊設(shè)備包括分別用于采集焊接過程的焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)的電流傳感器、電壓傳感器和位移傳感器；

所述控制設(shè)備包括：

計(jì)算模塊，用于根據(jù)焊接電流、焊接電壓和閃光時(shí)間計(jì)算出總能耗，以及根據(jù)焊接材料的特性和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計(jì)算出損失能耗，根據(jù)總能耗與損失能耗的差值計(jì)算出實(shí)際能耗；

控制模塊，用于當(dāng)所述實(shí)際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時(shí)，發(fā)出結(jié)束閃光焊加熱階段并進(jìn)入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設(shè)備。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述總能耗的計(jì)算公式如下所示：；

其中，H是總能耗；I是焊接電流；U是焊接電壓；T是閃光時(shí)間。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述損失能耗的計(jì)算公式如下所示：；

其中，S是每克焊接材料的損失能耗率；F是焊接部位的橫斷面積；W是焊接材料的密度；D為給進(jìn)位移。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算模塊對(duì)采集到的焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和整定。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述焊接材料為鋼軌、鋼管或方坯。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種閃光焊的方法和系統(tǒng)，不同于現(xiàn)有技術(shù)僅僅按照理想加熱狀態(tài)，根據(jù)焊接電流，焊接電壓和焊接時(shí)間計(jì)算輸出的總能耗來(lái)判斷下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，沒有考慮到損失能耗，導(dǎo)致加熱不充分或者不均勻，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。本發(fā)明一方面考慮到電壓振幅，焊接材料表面狀態(tài)，焊接元件回路的通電狀態(tài)以及金屬粉塵污染對(duì)焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等實(shí)際因素造成的損失能耗，另一方面考慮到在金屬過冷過熱和爆破破壞的損失能耗。通過總能耗與損失能耗差值，計(jì)算出實(shí)際能耗，能夠準(zhǔn)確評(píng)估焊接材料時(shí)的實(shí)際情況，通過實(shí)際能耗是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，決定下一階段頂鍛開始時(shí)間，這樣保證在加熱步驟中焊接材料能充分并均勻加熱，保存足夠多熱量并形成溫度梯度較平緩的溫度場(chǎng)后，在準(zhǔn)確時(shí)間開始下一階段頂鍛，從而能擴(kuò)大焊接材料上的頂鍛溫度區(qū)，使焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的閃光焊系統(tǒng)的原理框圖。

圖2為本發(fā)明的閃光焊方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種閃光焊的方法和系統(tǒng)。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參照附圖1，圖1是本發(fā)明的閃光焊系統(tǒng)的原理框圖。如圖1所示，一種閃光焊的系統(tǒng)包括：

閃光焊設(shè)備100和控制設(shè)備300；其中，所述閃光焊設(shè)備100包括分別用于采集焊接過程的焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)的電流傳感器101、電壓傳感器102和位移傳感器103，以及輸入/輸出端口（I/O）104。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括可編程邏輯控制器（PLC）200，其中，PLC200對(duì)采集到的焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和整定，所述閃光焊設(shè)備100與可編程邏輯控制器（PLC）200通過輸入/輸出端口（I/O）104連接。

所述控制設(shè)備300包括：計(jì)算模塊301和控制模塊302，所述控制設(shè)備是指具有一定運(yùn)算能力的任何合適的控制設(shè)備，如個(gè)人電腦，便攜式計(jì)算設(shè)備（平板電腦）等。

所述計(jì)算模塊301，用于根據(jù)焊接電流、焊接電壓和閃光時(shí)間計(jì)算出總能耗，以及根據(jù)焊接材料的特性和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計(jì)算出損失能耗；根據(jù)總能耗與損失能耗的差值計(jì)算出實(shí)際能耗；

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述總能耗的計(jì)算公式如下所示：；

其中，H是總能耗；I是焊接電流；U是焊接電壓；T是閃光時(shí)間。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述損失能耗的計(jì)算公式如下所示：；

其中，S是每克焊接材料的損失能耗率；F是焊接部位的橫斷面積；W是焊接材料的密度；D為給進(jìn)位移。

所述控制模塊302，用于當(dāng)所述實(shí)際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時(shí)，發(fā)出結(jié)束閃光焊加熱階段并進(jìn)入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設(shè)備。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述焊接材料為鋼軌、鋼管或方坯。

本發(fā)明一方面考慮到電壓振幅，焊接材料表面狀態(tài)，焊接元件回路的通電狀態(tài)以及金屬粉塵污染對(duì)焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等實(shí)際因素造成的損失能耗，另一方面考慮到在金屬過冷過熱和爆破破壞的損失能耗。通過總能耗與損失能耗差值，計(jì)算出實(shí)際能耗，能夠準(zhǔn)確評(píng)估焊接材料時(shí)的實(shí)際情況，通過實(shí)際能耗是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，決定下一階段頂鍛開始時(shí)間，這樣保證在加熱步驟中焊接材料能充分并均勻加熱，保存足夠多熱量并形成溫度梯度較平緩的溫度場(chǎng)后，開始下一階段頂鍛，從而能擴(kuò)大焊接材料上的頂鍛溫度區(qū)，使焊接質(zhì)量穩(wěn)定?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)僅僅限于理想加熱轉(zhuǎn)態(tài)，僅根據(jù)焊接電流，焊接電壓和焊接時(shí)間計(jì)算輸出的總能耗來(lái)判斷下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，沒有考慮到損失能耗，導(dǎo)致加熱不充分或者不均勻，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性的問題。本發(fā)明能更加準(zhǔn)確的控制閃光焊過程，能夠通過計(jì)算，明確加熱階段結(jié)束時(shí)間，而不是按照經(jīng)驗(yàn)確定下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，由于能有準(zhǔn)確的計(jì)算，能使控制閃光焊過程更合理，實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化管理。

本發(fā)明還提供了一種閃光焊方法，如圖2所示，其中，方法包括步驟：

步驟S100、通過閃光焊設(shè)備100中的電流傳感器101、電壓傳感器102和位移傳感器103分別采集焊接過程的焊接電流、焊接電壓和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)；

將采集到的數(shù)據(jù)通過輸入/輸出端口（I/O）104傳輸?shù)娇删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）200， PLC將數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和整定處理；

步驟S200、根據(jù)焊接電流、焊接電壓和閃光時(shí)間計(jì)算出總能耗，以及根據(jù)焊接材料的特性和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計(jì)算出損失能耗。

其中，所述總能耗的計(jì)算公式如下所示：，其中，H是總能耗；I是焊接電流；U是焊接電壓；T是閃光時(shí)間。

其中，根據(jù)焊接材料的特性和所述PLC200處理后的給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計(jì)算出損失能耗。

所述損失能耗的計(jì)算公式如下所示：；其中，S是每克焊接材料的損失能耗率；F是焊接部位的橫斷面積；W是焊接材料的密度；D為給進(jìn)位移。

步驟S300、根據(jù)總能耗與損失能耗的差值計(jì)算出實(shí)際能耗，即，H_實(shí)際=H-L；當(dāng)所述實(shí)際能耗H_實(shí)際達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時(shí)，發(fā)出結(jié)束閃光焊加熱階段并進(jìn)入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設(shè)備。

以下以60 kg/m等級(jí)的鋼軌焊接為實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說明：

第一步在所述控制設(shè)備300中預(yù)設(shè)能耗預(yù)定值，所述能耗預(yù)定值是根據(jù)預(yù)期達(dá)到預(yù)期效果的最優(yōu)參數(shù)，例如60 kg/m等級(jí)的鋼軌能耗預(yù)定值為4.9 kWh。

第二步，將所述能耗固定參數(shù)，包括每克焊接材料的損失能耗率S，焊接部位的橫斷面積F；焊接材料的密度W輸入控制設(shè)備300中，例如，密度為7.8 g/mm³的碳鋼，其每克的損失能耗率500 cal/g，橫斷面積為7725 mm²。

第三步，控制設(shè)備300收集通過PLC200處理后的焊接電流、焊接電壓、給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)，例如給進(jìn)位移為10mm。

第四步，通過所述損失能耗的計(jì)算公式：，總能耗的計(jì)算公式如下所示：，控制設(shè)備自動(dòng)計(jì)算得出其總能耗H和損失能耗L。

第五步，總能耗與損失能耗的差值計(jì)算出實(shí)際熱輸入，即，H_實(shí)際=H-L，當(dāng)H_實(shí)際達(dá)到預(yù)定值，即H_實(shí)際=4.9 kWh時(shí), 發(fā)出結(jié)束閃光焊加熱階段并進(jìn)入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設(shè)備。

其中，所述控制設(shè)備是指具有一定運(yùn)算能力的任何合適的控制設(shè)備，如個(gè)人電腦，便攜式計(jì)算設(shè)備（平板電腦）等。

優(yōu)選的，所述實(shí)例中所述閃光焊設(shè)備100為能夠處理60 kg/m等級(jí)鋼軌的閃光焊設(shè)備，所述可編程邏輯控制器（PLC）200為羅克韋爾PLC。

本發(fā)明通過計(jì)算總能耗與損失能耗差值，得到實(shí)際能耗，通過實(shí)際能耗能夠準(zhǔn)確評(píng)估焊接材料時(shí)的實(shí)際情況，當(dāng)實(shí)際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，開始下一階段頂鍛，由于一方面考慮到電壓振幅，焊接材料表面狀態(tài)，焊接元件回路的通電狀態(tài)以及金屬粉塵污染對(duì)焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等實(shí)際因素造成的損失能耗，另一方面考慮到在金屬過冷過熱和爆破破壞的損失能耗，這樣保證在加熱步驟中焊接材料能充分并均勻加熱，保存足夠多熱量并在形成溫度梯度較平緩的溫度場(chǎng)后，開始下一階段頂鍛，從而能擴(kuò)大焊接材料上的頂鍛溫度區(qū)，使焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定。不同于現(xiàn)有技術(shù)僅僅根據(jù)焊接電流，焊接電壓和焊接時(shí)間計(jì)算輸出的總能耗來(lái)判斷下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，現(xiàn)有技術(shù)由于是假設(shè)在沒有考慮到損失能耗的理想加熱狀態(tài)，所以導(dǎo)致加熱不充分或者不均勻，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性的問題。本發(fā)明能更加準(zhǔn)確的控制閃光焊過程，能夠通過計(jì)算，明確加熱階段結(jié)束時(shí)間，而不是按照經(jīng)驗(yàn)確定下一個(gè)焊接周期的開始時(shí)間，使閃光焊過程通過量化形式變?yōu)楦侠砜刂?，通過準(zhǔn)確的計(jì)算實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化管理。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。