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，是兩個金屬工件端面接觸，通過端面的接觸點導(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，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，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)測量總能耗是否達(dá)到預(yù)定值來確定下一步頂鍛階段的開始時間，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焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等因素都會造成能耗的損失，從而影響焊接時實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，焊接時間來計算，通過熱輸入方式和能量可任意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換到下一個焊接周期的開始時間。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于焊接過程中損失能耗難以計算，所以現(xiàn)有技術(shù)僅僅根據(jù)焊接電流，焊接電壓和焊接時間計算輸出的總能耗來判斷下一個焊接周期的開始時間，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)確評估焊接材料時的實際能耗是否達(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，但是實際能耗并沒有達(dá)到，使實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，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焊接周期的開始時間，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、焊接電壓和閃光時間計算出總能耗，以及根據(jù)焊接材料的特性和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計算出損失能耗；

步驟S300、根據(jù)總能耗與損失能耗的差值計算出實際能耗，當(dāng)所述實際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時，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是閃光時間。

所述的閃光焊的方法，其中，所述損失能耗的計算公式如下所示：；

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：

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

控制模塊，用于當(dāng)所述實際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時，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是閃光時間。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述損失能耗的計算公式如下所示：；

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，所述計算模塊對采集到的焊接電流、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，焊接電壓和焊接時間計算輸出的總能耗來判斷下一個焊接周期的開始時間，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焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等實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，計算出實際能耗，能夠準(zhǔn)確評估焊接材料時的實際情況，通過實際能耗是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，決定下一階段頂鍛開始時間，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后，在準(zhǔn)確時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施例對本發(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施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參照附圖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：計算模塊301和控制模塊302，所述控制設(shè)備是指具有一定運算能力的任何合適的控制設(shè)備，如個人電腦，便攜式計算設(shè)備（平板電腦）等。

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

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述總能耗的計算公式如下所示：；

其中，H是總能耗；I是焊接電流；U是焊接電壓；T是閃光時間。

所述的閃光焊的系統(tǒng)，其中，所述損失能耗的計算公式如下所示：；

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)所述實際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時，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焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等實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，計算出實際能耗，能夠準(zhǔn)確評估焊接材料時的實際情況，通過實際能耗是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，決定下一階段頂鍛開始時間，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，焊接電壓和焊接時間計算輸出的總能耗來判斷下一個焊接周期的開始時間，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，能夠通過計算，明確加熱階段結(jié)束時間，而不是按照經(jīng)驗確定下一個焊接周期的開始時間，由于能有準(zhǔn)確的計算，能使控制閃光焊過程更合理，實現(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、焊接電壓和閃光時間計算出總能耗，以及根據(jù)焊接材料的特性和給進(jìn)位移的數(shù)據(jù)計算出損失能耗。

其中，所述總能耗的計算公式如下所示：，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)計算出損失能耗。

所述損失能耗的計算公式如下所示：；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算出實際能耗，即，H_實際=H-L；當(dāng)所述實際能耗H_實際達(dá)到預(yù)設(shè)的能耗預(yù)定值時，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等級的鋼軌焊接為實施例進(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算公式：，總能耗的計算公式如下所示：，控制設(shè)備自動計算得出其總能耗H和損失能耗L。

第五步，總能耗與損失能耗的差值計算出實際熱輸入，即，H_實際=H-L，當(dāng)H_實際達(dá)到預(yù)定值，即H_實際=4.9 kWh時, 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)備是指具有一定運算能力的任何合適的控制設(shè)備，如個人電腦，便攜式計算設(shè)備（平板電腦）等。

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

本發(fā)明通過計算總能耗與損失能耗差值，得到實際能耗，通過實際能耗能夠準(zhǔn)確評估焊接材料時的實際情況，當(dāng)實際能耗達(dá)到預(yù)設(shè)值時，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焊機(jī)導(dǎo)電性的影響等實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，焊接電壓和焊接時間計算輸出的總能耗來判斷下一個焊接周期的開始時間，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，能夠通過計算，明確加熱階段結(jié)束時間，而不是按照經(jīng)驗確定下一個焊接周期的開始時間，使閃光焊過程通過量化形式變?yōu)楦侠砜刂疲ㄟ^準(zhǔn)確的計算實現(xiàn)全面數(shù)字化管理。

可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，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。