一种智能电熔焊接温度控制方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113878880A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111072102.0(22)申请日2021.09.14(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人任亦心曾胜项光特胡裕锐施建峰郑津洋(74)专利代理机构杭州中成专利事务所有限公司33212代理人周世骏(51)Int.Cl.B29C65/02(2006.01)B29L23/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种智能电熔焊接温度控制方法及装置(57)摘要本发明涉及塑料管件焊接技术，旨在提供一种智能电熔焊接温度控制方法及装置。该方法包括：采用焊机允许的最大电压进行恒压焊接；测量并记录焊接电路的第一个采样周期的电压和电流，计算管件电阻丝的初始电阻；采集电路中的实际电压和电流，计算电阻温度的变化；基于由管材材料熔融温度升温至接近目标温度过程中的数据，拟合电熔接头中的电压‑电阻温度模型，得到电熔接头系统的特性参数；当电阻温度接近目标温度时，从恒压控制转换为基于特性参数的电熔接头系统温度控制模式，并输出指定功率。与现有控制方法相比，本发明的控制策略更具有针对性，能保障焊接质量稳定，具有更高精度、高效率的控制效果。改造成本低，适用于现有规格的电熔管件。CN113878880ACN113878880A权利要求书1/2页1.一种智能电熔焊接温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)测量电熔焊机周围的环境温度T0；(2)采用焊机允许的最大电压进行恒压焊接；测量并记录焊接电路的第一个采样周期的电压和电流，计算管件电阻丝的初始电阻R0；(3)采集电路中的实际电压和电流，计算电阻温度Tt的变化；基于由管材材料熔融温度Tc升温至接近目标温度Tt′过程中的数据，拟合电熔接头中的电压‑电阻温度模型，得到电熔接头系统的特性参数；(4)当电阻温度Tt接近目标温度Tt′时，从恒压控制转换为基于特性参数的电熔接头系统温度控制模式，并输出指定功率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：(3.1)采样电路中的电压和电流，计算电阻丝的电阻值；并通过下式(1)计算对应的电阻温度Tt：式中，t为进行焊接的时刻；Tt为t时的电阻温度，单位为℃；Rt为t时电阻丝的阻值，单位为Ω；R0为初始电阻值；α为电阻丝的电阻温度系数；T0为环境温度值；(3.2)当实际电阻温度达到管材材料的熔融温度Tc后，记录经计算获得的实时电阻温度和达到该温度时所对应的焊接时长，直到实际电阻温度Tt接近目标温度Tt′；由此得到电阻温度随时间变化的数据组；假设在电阻温度升高的区间内记录下的电阻丝温度随时间变化的数据共有N组，使其分别记作：(ti，Ti)，i＝1，2，3…N；i为随采样时间增加的采样序列号；(3.3)根据步骤(3.2)中电阻温度随时间变化的数据，对下式(2)的电熔接头系统特性模型中的三个特性参数Cm、Rj、τ进行最小二乘法的拟合：其中，Tm为tn时刻的电阻丝温度，单位为℃；tn为焊接时长，单位为s；P为电阻丝产生的焦耳热功率，单位为W；Cm为管件电阻丝的总热容，单位为J/℃；Rj为电阻丝与聚乙烯之间的接触热阻，单位为℃/W；τ为电阻丝‑聚乙烯体系温度一阶惯性系统的时间常数，单位为s。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3.2)中，所述管材材料为聚乙烯，其熔融温度Tc的范围在130℃～150℃；目标温度Tt′的范围在260℃～300℃。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3.2)中，按下述方式确定实际电阻温度Tt接近目标温度的程度：Tt＝γ×Tt′；式中，接近系数γ的取值范围为0.75～0.9。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：在得到三个特性参数Cm、Rj、τ的具体数值后，切换恒压焊接的模式为基于特性参数的电熔接头系统温度控制模式，根据公式(6)计算得到焊机输出功率的控制量Pc，单位为W；由此，将实际电阻温度Tt恒定在目标温度Tt′的设定区间内：其中，k是控制器的控制增益，取值为1。6.一种用于实现权利要求1所述方法的智能电熔焊接装置，其特征在于，该装置的焊接2CN113878880A权利要求书2/2页电路中包括以下模块：电源模块、电压电流检测模块、电阻温度测算模块、计时模块、焊接控制器、焊接功率输出模块，以及系统特性参数自动测算模块；其中，电源模块用于处理外部电源，将其调制成符合焊接要求的直流电；电压电流检测模块用于检测焊接电路中的实时电压和电流；电阻温度测算模块用于计算得到电熔接头内嵌电阻丝的实际温度；计时模块用于提供系统的时间信息；焊接控制器用于根据拟合的模型参数和实