焊机数字化联网监控技术在焊接领域中的应用.docx

数字化网络监控系统在焊接领域中的应用

摘要：采用焊机数字化网络监控系统，打造网络化、集约化、智能化的焊接工厂，有利于提升焊接质量和效率，降低焊接成本。通过焊接网络监控系统，控制焊接热输入量，可获得最优化的、一致性好的焊接接头组织与性能；通过焊接网络监控系统，可以为精益化焊接生产、节能降耗提供依据。
关键词：网络监控系统焊接接头热输入控制降低成本
1前言
目前，在我国很多焊接行业中，部分已经采用专机或机器人自动化焊接，实行了智能化管理，保证了焊接接头质量的稳定性和一致性，从而保证了焊接结构件的安全性和可靠性；还有绝大部分焊接结构件仍然使用手工焊接和半自动化焊接完成，其焊接质量主要依赖焊工的操作技能和执行工艺纪律的自觉性和责任心，焊接工艺规范的监控和焊接质量及成本的管理还是比较粗放型的。如何实现焊接结构件的高品质化、高效率化、低成本化的焊接，一直是焊接工艺技术攻关创新的课题。
为了保证焊接结构件的可靠性，焊接智能自动化监控系统、智能化焊机数据管理系统应运而生。
2数字化网络监控系统可提高焊接品质
焊接制造主要向高性能、高强度材料的方向发展，进一步满足焊接构件轻量化要求，同时又要提高抗冲击性能，对焊接接头机械性能的“强韧比”要求越来越高。高强钢（Q390/Q420/Q460/Q490/Q550/Q690/Q960Q1300等）替代普通的Q235/Q345钢，防止高强钢焊接组织过热脆化和焊接裂纹成为焊接工艺的技术课题。
图1为焊接热循环曲线。由图中可以看出，800℃—500℃的冷却时间，决定了焊缝、熔合区、热影响区的组织和性能。自动化焊接和手工半自动焊接的工艺规范参数决定了焊接接头的热循环特征，也决定了焊接热输入量。焊接热输入：单位长度焊缝所吸收的热能量（即：焊接线能量）见公式1.
焊接线能量E=60*I*U/V（KJ/cm）---------公式1.
I--焊接电流（A）U--电弧电压（V）V--焊接速度（cm/min）

图1焊接热循环特性曲线
图2为最佳焊接线能量确定曲线。由图中可以看出，焊接电流电压过大，焊接速度过慢，会造成t8/5时间过大，焊接接头过热，结晶组织粗大脆化，抗冲击性能下降；焊接速度过快，又造成t8/5时间过小，焊接接头产生淬硬的马氏体组织，容易产生冷裂纹。

图2最佳焊接线能量确定曲线
图3为连续冷却组织转变SH-CCT曲线。应用此曲线可以预测焊接热影响区的组织性能和硬度，从而可以预测钢材在一定焊接条件下的淬硬倾向和产生冷裂纹的可能性，同时也可以作为调节焊接线能量、改进焊接工艺的依据。如t8/5＝36s，热影响区的组织组成约为：10％铁素体+5％珠光体+85％贝氏体；HV5硬度值为240。如果焊接规范偏小，焊缝及热影响区冷却速度快，连续冷却组织转变曲线靠左侧，出现大量淬硬的马氏体组织，HV5硬度偏高，韧性偏低，冷裂纹的倾向增大，可能会导致焊缝接头性能的严重下降。

图3Q345钢焊接SH—CCT曲线
自动化焊接可以较好地控制焊接热输入量，而手工半自动焊接的工艺规范参数难以控制，焊工操作技能差异较大，有的用大电流高电压焊接，有的用小电流低电压焊接；有的焊速快，有的焊速慢；钢材焊接连续冷却曲线（SH—CCT图）差异较大，有的靠左，有的靠右，造成焊接接头的组织成分差异较大；有的硬度较高，有的硬度较低；其机械性能存在着严重的不一致性。将焊接电源的工艺规范参数由数字化网络实时监控，能有效地显示每台焊机的二次输出参数，保证每台焊机工艺规范参数的一致性，获得最优化的、一致性的焊接接头组织与性能。
图4为焊接网络监控系统焊接规范参数的显示终端。

图4焊机网络化监控焊接规范参数的显示终端
由图五可以看出，焊接电流良好段为小于±5%标准电流（黄色段）；正常段为小于±10%标准电流（绿色段）；报警段为大于±10%标准电流（红色段）。另外，监控电脑端可以自由设置良好、正常、报警三段电流的临界值。出现报警段时，可以提醒焊工和焊接质量检验人员，此段焊接接头组织与性能变化较大，已经超出了焊接工艺评定的合格范围，应该引起高度重视及重点检查，防止焊接质量低、有隐患的焊接结构件流入下道工序。

图5焊机网络化监控焊接质量监控
在良好段的焊接规范参数控制下，结晶组织致密，焊接接头机械性能的强度、韧性达到最优化。
3数字化网络监控系统可降低焊接成本
焊接精益化管理的内容比较多，目前大多数工厂仍然是靠焊接管理人员，凭经验和查询有关资料比较粗略的估算焊接工时及焊材消耗量，在提高焊接工时利用率和降低焊接成本上还是比较粗放型的管理；每台焊接电源电能的消耗几乎没有统计和监管；电能、焊材、工时的浪费现象比较普遍，还达不到数据化、可视化、精益化的管理。在焊接领域，杜绝一切浪费现象，一直是焊接管理的重大课题。
图5为焊机网络化监控焊接成