[发明专利]等离子弧穿孔前后电弧温差的焊接质量控制系统和方法

说明书

本发明公开一种根据变极性等离子弧正反面电弧温差的焊接质量表征及控制系统和方法，在焊接过程中，沿焊接方向用高速摄像同时拍摄整个等离子穿孔前后的电弧图像，并在高速摄像与电弧图像之间加上特定的窄带滤光片。整个电弧图像经过滤波，对称化处理后用标准温度法得出电弧穿孔前后的温度，并计算出正反面的电弧温度差，用于表征当前的焊接质量。另外，在焊接过程中，实时采集并计算电弧穿孔前后温差并与合格焊接质量的电弧温差比对，且实时调节当前焊接的电弧温差至合格焊接质量温差的误差范围内，从而实现对等离子弧焊接质量的实施表征及控制。

技术领域

本发明属于焊接质量控制方法领域，尤其涉及一种根据变极性等离子弧正反面电弧温差的焊接质量表征及控制系统和方法。

背景技术

变极性穿孔等离子弧是针对铝合金而开发的新型高效的，零缺陷的焊接方法，其综合了变极性TIG(非熔化极气体保护焊)与等离子高能束的优点，合理分配电弧能量，在满足熔化工件、清除工件表面氧化膜及排出焊接接头内气孔同时进行的情况下，最大限度地降低钨电极的烧损，并能有效利用等离子束流所具有的高能量密度的特性，在焊接过程中形成穿孔熔池，实现铝合金中厚板单面焊双面成形。

焊接过程中，穿孔熔池作为其最为复杂的过程，对于焊接质量和焊接效率都有着重要的影响。国内外大量学者对穿孔熔池行为进行研究，表明各种焊接参数，如正反极性电流、离子气流量、焊接速度、填丝速度等都跟穿孔熔池稳定性有着重要的联系。因此，大量学者研究控制穿孔熔池稳定性以达到控制焊接质量的目的。但目前对穿孔熔池的稳定性没有一个衡量标准，以及穿孔熔池的稳定性对焊接质量的评估没有一个确定的标准。本发明基于一种等离子弧穿孔前后电弧温差的焊接质量控制系统和方法，用以焊接过程中实时表征判断焊接质量。根据前期大量试验证明，在保证焊接质量的前提下，电弧的能量经过小孔熔池的吸收再拘束穿过小孔达到熔池背面；由于稳定焊接中穿过小孔需要的能量固定，所以被吸收的能量也较固定，以致穿孔熔池正反面电弧能量及电弧温度差也存在一个固定范围。基于此，可根据正反面电弧温差来表征焊接质量。

本发明实现对焊接质量实时监控，避免只能在焊接结束后才能观察焊接质量的缺陷，从而可以极大地提高焊接和生产效率，实现高质、高效焊接。

发明内容

本发明目的在于弥补在线表征穿孔等离子焊接质量方法的不足，提出一种等离子弧穿孔前后电弧温差的焊接质量控制系统和方法，在焊接过程中，加上高速摄像与特定滤光片，实时记录电弧正反面温差，根据温差判断焊接质量。且此方法能适应与多种工作环境，实现焊接质量在线表征及控制，提升焊接合格率及生产效率。

基于一种等离子弧穿孔前后电弧温差的焊接质量控制系统和方法，原理是在焊接过程中，在沿焊接方向加上一套视觉传感系统，实时记录等离子电弧正反面电弧形态及特征，并根据在线计算得出正反面电弧的温差，动态分析，且实时调整焊接过程参数的穿孔等离子焊接质量的表征及控制。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种等离子弧穿孔前后电弧温差的焊接质量控制系统，包括：变极性等离子焊接系统的等离子电源、等离子焊枪、冷却水箱，电弧图像采集及处理系统的高速摄像机、窄带滤光片、图像处理单元、工控机、显示器，其中高速摄像机、窄带滤光片与焊接工件固定于同一轴线，确保焊接过程中电弧形态处在高速摄像观察窗之内，且确保电弧形态与焊接工件垂直以减少图像处理过程的误差；焊接过程中电弧穿孔前后图像处理结果及电弧温差同步显示于显示器界面，根据预先设定好的标准电弧温差实时比对焊接过程中的电弧温差，若焊接过程中温差在误差范围内，则继续焊接；若焊接过程中温差超过预设的误差范围，则根据温差的偏离，通过反馈系统发送相应信号至变极性等离子焊接系统，以调节相应焊接参数的动作，控制温差至标准误差范围内；以此表征并控制变极性等离子焊接质量。