一種不銹鋼在線焊縫質量判定系統的應用

洪 濤，呂孟靜，徐云飛

（1.寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807；2.上海鍥孚智能科技有限公司，上海 201700）

0 引言

寧波寶新不銹鋼有限公司2BA 機組是2012 年投產的不銹鋼光亮板連續生產線，焊機設備是機組的關鍵設備，在生產線上有著連接前后帶鋼的重要作用。良好的焊接質量是保證機組生產線穩定運行的基礎，該機組采用的是米巴赫公司的QMH13 滾焊機[1]，是前期不銹鋼連續產線應用比較廣泛的一種電阻焊機。此焊機設計配備了一臺離線杯凸實驗機用于焊縫質量的判斷，原有的設備配置已無法滿足當前發展的需求。由于焊機是早期產品，因機械結構問題無法加裝米巴赫公司后期研發的QCDS（Quality-Cost-Delivery-Services，品質、成本、交期和服務）系統。針對寶新不銹鋼有限公司2BA 機組實際生產情況，開發出一種適合QMH13 型電阻焊機焊接不銹鋼的在線焊縫質量判定系統，并在線應用。

1 在線焊縫質量判定系統的硬件結構

在線焊縫質量判定系統的主要硬件有：①臺式工作站一臺（預裝智能焊機管理系統）；②網絡交換機兩臺，一臺用于服務器端，一臺用于臺式機端；③臺式機一臺（用于訪問智能焊機管理系統的看板及管理頁面）；④溫度檢測系統與電壓檢測系統（接入焊機PLC）；⑤焊機設備本體上的各類傳感器（從焊機PLC 讀?。▓D1）。其中，PWA-C 為中間件服務器，用于焊機相關數據的讀取以及與大數據服務器通信，負責數據轉發和調度功能。

圖1 硬件結構

2 系統軟件模型簡介

在線焊縫判定系統應用數據驅動方法，結合歷史數據分析，使用針對焊機定制化的HPF（Highest Priority First，優先級調度算法）智能化算法[2]。該方法包括3 個階段：物理空間的分割和映射，特征模型的開發和驗證，特征模型的聯動與整合。

在物理空間的分割和映射階段，針對焊接過程提取出焊機和被焊帶鋼兩個物理對象，再從這兩個物理對象進一步抽象出相應的3 個重要物理特征關注點：焊機溫度傳感器的健康度，焊機的工作參數，焊縫的質量?；谏鲜鲫P注點，結合焊機的歷史數據與相關領域知識，分別建立其對應的的數學模型（圖2）[2]，即焊機溫度傳感器健康管理模型、焊機參數優化模型和焊縫反饋評估模型。

圖2 模型

這樣就初步建立了基于物理特征的焊接過程表征，也就是HPF 的第二階段。最后階段需要把這3 個模型整合在一起，徹底完成焊接過程的數字化鏡像。在這一階段，可以通過近期的焊縫質量變化來評價焊機的溫度傳感器健康狀態，也可以根據焊機的狀態調整焊機的工作參數，讓焊縫質量在當前狀態下達到最優。

3 在線焊縫質量判定系統的工作流程

2BA 焊機的在線焊縫判定系統安裝于單臺硬件服務器中，服務器需要接入焊機PLC 所在網絡。任何接入該網絡的計算機，只需要安裝Chrome 瀏覽器就可以訪問系統的看板和管理員歷史數據查詢頁面?？窗迮c管理員界面為本系統的主要人機交互接口，提供了一整套直接查詢的統一入口。

本系統除了提供看板和管理員歷史數據查詢界面外，還提供了兩個數據接口，用于接收數據和提供反饋，可供第三方系統在后臺直接調取使用。

（1）接口1：參數實際設定采集、推薦設定接口。焊接開始前，由網絡內的PWA-C 系統獲取帶鋼信息，包括：前行以及后行帶鋼的卷號、寬度，厚度，鋼種，并發送到本接口。接口收到數據后會反饋出設定參數的推薦值，包括電流、速度、焊輪壓力、搭接量、搭接補償等。

（2）接口2：焊縫評分接口。焊接結束后，由網絡內的PWA-C 系統獲取焊接過程中采集的溫度以及反饋電壓數據，并發送到本接口。

4 在線焊縫質量判斷系統在BA 產線的應用

在線焊縫質量判斷系統在2BA機組的應用界面主要分為主界面和歷史數據庫兩部分，其中主界面由5個部分組成（圖3）：①顯示最近一次焊接的判斷結果（分數）；②當前焊接時間及當時焊接的帶鋼參數，以及推薦和實際設定的焊接參數；③下次焊接帶鋼參數及參數推薦；④溫度傳感器健康度；⑤當前焊接的溫度、速度、電流、電壓、壓力等曲線。

圖3 主界面

歷史數據庫由歷史數據記錄和曲線詳情組成（圖4、圖5）。

圖4 歷史數據

圖5 曲線詳情

原2BA 機組采用的焊縫質量判定方法：在焊接結束后首先將焊縫定位到焊機輔助設備月牙剪處，進行剪月牙[3]作業；把剪下的焊縫在相關設備上進行彎折試驗或杯凸實驗，待檢測合格后放行帶鋼，如檢測不合格后再把焊縫拉回焊機的雙精剪處進行剪切重焊作業。這種在線焊縫判定系統是在焊機焊接時測量和收集相關數據，在焊接結束后第一時間給出質量判定結果：判定合格后再進行剪月牙作業后直接放行，對認為有疑問的焊縫可以再按原方法操作檢測；把判定不合格的結果傳輸給焊機PLC，可以直接進行重焊焊接，減少焊縫重新拉回來的定位過程，有效縮短重焊時間。在線焊縫質量判定系統可以有效判定不合格焊縫，與圖4 歷史庫數據所對應的實際不合格焊縫見圖6。

圖6 實際不合格焊縫

5 結論

在線焊縫質量判定系統可以有效替代原有的人工彎折、敲擊或杯凸檢驗，有效節約操作時間，降低員工的工作負荷。