摘要：研制开发了一套检测闪光对焊过程参数的系统，该系统通过对焊接电压、动夹具位移、顶锻压力等过程参数的检测，并通过对这些参量的计算机处理，再现了动态焊接过程参数曲线（或数据表），焊接工艺员通过曲线或数据表，可以判定参数设置是否合理，还可设定关键的参数指标，让系统根据实测值自动判定焊接质量；设备维护人员也可根据曲线或数据表制定有针对性设备预修计划。

关键词：闪光对焊  过程参数  检测系统  

Monitoring System for Parameter of Flash Butt Welding Process

YUAN Zhi-heng  LI Li-qun  YE Guang-yu  MIAO Yu-gang

(1.Wheel company Changchun  FAW  Sihuan automobile CO., LTD. Changchun 130052, China; 2.National Key Lab of Advanced Welding Production Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

Abstract: This paper researched a monitoring system for flash butt welding process parameters. The system gathered on welding voltage, moving clamp displacement and upset force etc, then through computer disposed these data, weld data curves (or data tables) could be dynamically showed. Welding technicians can judge whether the parameter is rational with the curves or data tables, and they also can enact the main welding parameter criterion, the system is on the base of real testing to judge welding quality. According to parameter curving and data table, maintenance man of equipment can bring forward the maintain plan of device.

Key word: flash butt welding   process parameters   monitoring system  flashf

序言

闪光对焊是电阻焊工艺的一种，由于其具有高速高效、焊缝强度好、性能优良等诸多优点，目前被广泛应用于汽车、摩托车、航空航天等许多工程领域中[1,2]。影响闪光对焊接头质量的过程参数较多，各参数间相互作用，同一参数在不同参数组合中的作用不同[3]，焊接参数的适时采集和处理没有有效手段，这给焊接质量缺陷的判定带来许多困难，尤其是一些小概率的接头开裂事件，使得准确界定缺陷产生原因更加困难。目前，国产的闪光对焊机大多没有相应的参数检测系统，国外设备配备的系统价格昂贵，功能有限，因此，研制开发一套能够再现并量化的动态焊接过程参数检测系统，对解决实际生产问题及提高焊接设备技术水平具有重要意义。

1．影响闪光对焊质量的主要因素

闪光对焊的主要过程有闪光和顶锻两个阶段，主要焊接参数有调伸长度、闪光留量、闪光速度、闪光电流密度、顶锻留量、顶锻速度、顶锻力、夹紧力等。夹紧力不直接参与闪光和顶锻，可不必测量；通过动夹具位移、钳口（闪光）电压、顶锻压力来间接得出其它参量的变化。

实际焊接生产中经常发生焊机分流，也就是闪光对焊机的对地绝缘侧由于异物搭接未完全隔离，造成焊接电流的损失，因此检测焊接（网络）电流也是必要的。图1为检测系统所测得的实际焊接过程参数曲线。

图1 焊接过程参数曲线
Fig.1 Data curves of welding process
焊接电流
压力
钳口电压
网络电压
位移
焊接速度

2．闪光对焊过程参数检测系统 

  2．1系统的硬件组成
检测系统硬件结构如图2所示。该系统主要有：工控机系统、高速数据采集卡、电流传感器、电压传感器、位移传感器和压力传感器等几部分组成。工控机系统负责协调整个系统的稳定运行，是整个检测系统的核心部件；高速数据采集卡主要负责焊接参数的同步采集功能；传感器和硬件电路主要负责将闪光对焊过程中各种参量的变化转换成计算机和数据采卡所能接受的电信号。 

压力传感器
激光测距仪
电压传感器
电流传感器
启动信号
初级电压
初级电流
闪光电压
位移量
顶锻压力
电压传感器
A/D
A/D
A/D
A/D
A/D
PFI0
图2系统的硬件结构图
Fig.2 frame of hardware system

2．2系统的程序结构
   系统的程序结构如图3所示。
 
2．3检测系统的主要功能
   为满足实际生产需要该系统软件除了能对焊接过程的网络电压、焊接电流、钳口电压、位移、压力等重要数据进行检测外，还能够在其基础上进行动态分析，其功能如下：
a)       采集功能：能同时对焊接过程的主要参数，如初级电压、初级电流、闪光电压、位移量及压力等重要焊接参数进行采集；
b)      动态曲线显示：将采集到的主要焊接参数进行运算分析，从而得到焊接过程中主要焊接参数有效值的动态曲线，主要包括：初级电压、焊接电流、闪光电压、位移量、速度、加速度和压力等重要焊接参数曲线；
c)      分析功能：能对焊接过程中的主要曲线进行分析，可显示任意曲线的实时值、平均值、最大值、方差值等，可对任意曲线进行放大或缩小分析，对其变化趋势进行仔细分析，同时显示的波形曲线可以任意增加或删除；
d)      重要参数显示：在分析的同时能够对焊接过程中的重要焊接参数进行统计分析，如预热时间及预热留量、闪光时间及闪光留量、顶锻时间及顶锻量等重要的焊接过程数据，并可根据需要，进行各项显示功能的增加或删除；
e)       参数报表：能对焊接过程中主要焊接参数的数据进行动态显示，并可将报表数据转换成EXCEL报表进行显示；
f)       打印功能：在分析的同时还可以将主要焊接参数的动态曲线和参数报表进行打印输出；
g)      动态连接：本软件还具有动态刷新功能，能将采集到的动态曲线进行实时显示在前面板上，并进行自动刷新，还可实时查看焊接过程的历史波形，并进行动态分析；
h)      焊接质量判断：该系统能够根据采集到的焊接数据对焊接质量进行实时的质量判定，标记有问题曲线，便于查找分析。

开 始
焊接开始？
自动采集？
自动采集
计算分析
焊接结束？
质量判断
波形显示
打印波形
打印波形？
查看报表？
历史波形？
历史报表？
数据报表
波形刷新
打印报表
终 止
选择文件
选择报表
报表显示
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
N
Y
初始化
手动采集
N
N
N
N
N
N
N
N
图3 软件系统的程序流程图
Fig.3 frame of software system
打印报表？
焊接终止？

3．实际功效及讨论

3.1焊接速度比较
将该系统用于车轮轮辋的闪光对焊，不同规范下测得如下两种动夹具移动速度曲线，如图4、图5所示。从两图的对比可以看出：不良的焊接速度曲线在最后闪光阶段没有加速度，使得焊接保护不好，易产生焊缝夹渣。

图4良好的焊接速度曲线
Fig.4 Better welding speed curve
图5不良的焊接速度曲线
Fig.5 Worse welding speed curve

3.1数据表（节选）
从表上可以看出。在10.7s时有一负加速度存在，焊接速度下降，顶锻压力降低，说明动夹具运动系统存在不稳定现象，应对液压系统或动夹具运动副进行检修。
由于篇幅有限，通过曲线或数据表能够研究的其它项目，不再一一列举。

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>时间

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>t/s

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>初级电压

U/V

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>焊接电流I/A

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>闪光电压

U/V

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>位移量

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>l/mm

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>焊接速度v/mm·s^-1

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>加速度a/mm·s^-2

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>顶锻压力

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>P/MPa

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>10.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>371.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>898.96

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>4.98

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>15.92

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2.01

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>71.71

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>10.6

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>371.72

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>888.06

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.02

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>16.03

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2.07

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>71.77

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>10.7

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>372.46

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>888.06

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.11

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>16.12

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2.11

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>-0.51

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>71.71

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>10.8

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>372.82

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>884.71

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.09

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>16.26

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2.05

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>71.83

4．结论

1）  本文所述的系统已经通过长春一汽四环车轮分公司进行生产实践验证，安装在该公司早期从德国引进的液压驱动式交流闪光对焊机上，焊机型号ASSL32/630，用于焊接8.25×22.5车轮轮辋（板料卷制，材料：RCL380；截面积：286×6.6）。
2）  大量的实验表明该系统能够动态检测焊接过程中的主要焊接参数，设备参数调整时能够在曲线或数据表中及时体现，并进行自动采集分析，系统运行稳定。
3）  在此系统基础上，可进行焊接数据的归纳，开发焊接参数自动生成系统，从而实现检测和控制的双重功能。
4）  本系统不仅应用于闪光对焊过程，还适用于其它对焊，如电阻对焊、预热闪光对焊，脉动闪光对焊和冲击对焊等。