本發明涉及一種焊接方法和系統，特別涉及一種閃光焊的方法和系統。

背景技術：

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電，接觸電阻產生的電阻熱加熱工件端部，當溫度達到一定程度時，工件接觸面的金屬熔化形成液態金屬層，通過外加縱向力擠出液態金屬，并使高溫金屬產生塑性變形，在結合面產生共同晶粒，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量穩定性是焊接過程中最為重要的技術問題。其中閃光焊接質量穩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鍵，然而現有技術僅僅根據測量總能耗是否達到預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，所述理想狀態是指全部焊接過程維持在標準參數下，并且沒有斷電或者短路等突發狀態。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不同，焊接元件回路的通電狀態以及金屬粉塵污染對焊機導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節轉換到下一個焊接周期的開始時間。在現有技術中，由于焊接過程中損失能耗難以計算，所以現有技術僅僅根據焊接電流，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，焊接元件回路的通電狀態等實際因素，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，不能準確評估焊接材料時的實際能耗是否達到預設值，導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，不能形成可產生溫度梯度較平緩的溫度場后開始下一階段，從而不能擴大焊接材料上的頂鍛溫度區，導致焊接質量的不穩定的現象。例如，增加焊接電壓，能增加瞬間功率，導致總能耗達到預定值，但是實際能耗并沒有達到，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，沒有產生平穩的溫度場，導致焊接質量不穩定。

因而現有技術還有待改進和提高。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種閃光焊的方法和系統。旨在解決現有技術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，從而導致焊接質量的不穩定的技術問題。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

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、焊接電壓和給進位移的數據；

步驟S200、根據焊接電流、焊接電壓和閃光時間計算出總能耗，以及根據焊接材料的特性和給進位移的數據計算出損失能耗；

步驟S300、根據總能耗與損失能耗的差值計算出實際能耗，當所述實際能耗達到預設的能耗預定值時，發出結束閃光焊加熱階段并進入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設備。

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、焊接電壓和給進位移的數據后，對數據進行濾波和整定。

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，其中，所述系統包括：閃光焊設備和控制設備；

所述閃光焊設備包括分別用于采集焊接過程的焊接電流、焊接電壓和給進位移的數據的電流傳感器、電壓傳感器和位移傳感器；

所述控制設備包括：

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

控制模塊，用于當所述實際能耗達到預設的能耗預定值時，發出結束閃光焊加熱階段并進入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設備。

所述的閃光焊的系統，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，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為給進位移。

所述的閃光焊的系統，其中，所述計算模塊對采集到的焊接電流、焊接電壓和給進位移的數據進行濾波和整定。

所述的閃光焊的系統，其中，所述焊接材料為鋼軌、鋼管或方坯。

相較于現有技術，本發明提供一種閃光焊的方法和系統，不同于現有技術僅僅按照理想加熱狀態，根據焊接電流，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，導致加熱不充分或者不均勻，嚴重影響焊接質量的穩定性。本發明一方面考慮到電壓振幅，焊接材料表面狀態，焊接元件回路的通電狀態以及金屬粉塵污染對焊機導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，能夠準確評估焊接材料時的實際情況，通過實際能耗是否達到預設值，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，在準確時間開始下一階段頂鍛，從而能擴大焊接材料上的頂鍛溫度區，使焊接質量更加穩定。

附圖說明

圖1為本發明的閃光焊系統的原理框圖。

圖2為本發明的閃光焊方法的流程圖。

具體實施方式

本發明提供一種閃光焊的方法和系統。為使本發明的目的、技術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明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參照附圖1，圖1是本發明的閃光焊系統的原理框圖。如圖1所示，一種閃光焊的系統包括：

閃光焊設備100和控制設備300；其中，所述閃光焊設備100包括分別用于采集焊接過程的焊接電流、焊接電壓和給進位移的數據的電流傳感器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，進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、焊接電壓和給進位移的數據進行濾波和整定，所述閃光焊設備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。

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

所述計算模塊301，用于根據焊接電流、焊接電壓和閃光時間計算出總能耗，以及根據焊接材料的特性和給進位移的數據計算出損失能耗；根據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，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，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為給進位移。

所述控制模塊302，用于當所述實際能耗達到預設的能耗預定值時，發出結束閃光焊加熱階段并進入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設備。

所述的閃光焊的系統，其中，所述焊接材料為鋼軌、鋼管或方坯。

本發明一方面考慮到電壓振幅，焊接材料表面狀態，焊接元件回路的通電狀態以及金屬粉塵污染對焊機導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，能夠準確評估焊接材料時的實際情況，通過實際能耗是否達到預設值，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，從而能擴大焊接材料上的頂鍛溫度區，使焊接質量穩定。克服了現有技術僅僅限于理想加熱轉態，僅根據焊接電流，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，導致加熱不充分或者不均勻，嚴重影響焊接質量的穩定性的問題。本發明能更加準確的控制閃光焊過程，能夠通過計算，明確加熱階段結束時間，而不是按照經驗確定下一個焊接周期的開始時間，由于能有準確的計算，能使控制閃光焊過程更合理，實現全面數字化管理。

本發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、焊接電壓和給進位移的數據；

將采集到的數據通過輸入/輸出端口（I/O）104傳輸到可編程邏輯控制器（PLC）200， PLC將數據進行濾波和整定處理；

步驟S200、根據焊接電流、焊接電壓和閃光時間計算出總能耗，以及根據焊接材料的特性和給進位移的數據計算出損失能耗。

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，根據焊接材料的特性和所述PLC200處理后的給進位移的數據計算出損失能耗。

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為給進位移。

步驟S300、根據總能耗與損失能耗的差值計算出實際能耗，即，H_實際=H-L；當所述實際能耗H_實際達到預設的能耗預定值時，發出結束閃光焊加熱階段并進入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設備。

以下以60 kg/m等級的鋼軌焊接為實施例進行進一步說明：

第一步在所述控制設備300中預設能耗預定值，所述能耗預定值是根據預期達到預期效果的最優參數，例如60 kg/m等級的鋼軌能耗預定值為4.9 kWh。

第二步，將所述能耗固定參數，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，控制設備300收集通過PLC200處理后的焊接電流、焊接電壓、給進位移的數據，例如給進位移為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H_實際達到預定值，即H_實際=4.9 kWh時, 發出結束閃光焊加熱階段并進入閃光焊頂鍛階段的指令至閃光焊設備。

其中，所述控制設備是指具有一定運算能力的任何合適的控制設備，如個人電腦，便攜式計算設備（平板電腦）等。

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

本發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確評估焊接材料時的實際情況，當實際能耗達到預設值時，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，焊接元件回路的通電狀態以及金屬粉塵污染對焊機導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，從而能擴大焊接材料上的頂鍛溫度區，使焊接質量更加穩定。不同于現有技術僅僅根據焊接電流，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，現有技術由于是假設在沒有考慮到損失能耗的理想加熱狀態，所以導致加熱不充分或者不均勻，嚴重影響焊接質量的穩定性的問題。本發明能更加準確的控制閃光焊過程，能夠通過計算，明確加熱階段結束時間，而不是按照經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為更合理控制，通過準確的計算實現全面數字化管理。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。