连续行走脉冲TIG焊熔池谐振法熔透控制的学习体会

一、文献概况与技术难点

本文发表于《焊接学报》1999年第20卷第4期，作者来自哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室，研究方向为焊接过程监控与熔透控制。熔池尺寸检测与熔透控制是自动化焊接中的关键技术，但对于连续行走焊接而言，实时检测熔池尺寸面临巨大挑战。传统方法通常采用短时高值脉冲激振熔池，通过检测熔池的响应信号来判断熔池尺寸，但在快速行走焊接时，脉冲频率与行走速度之间存在冲突，难以实现可靠的实时检测。

二、熔池谐振法的原理与创新点

本文提出的核心创新在于：在恒定直流焊接电流之上叠加定频率正弦波电流作为脉冲焊接电流，利用正弦波电流激振熔池，通过电弧电压检测熔池振荡信号。当熔池自身固有振荡频率与焊接电流正弦波频率一致时，熔池产生谐振，电弧电压中出现明显的谐振特征变化信号。

熔池固有振荡频率与熔池尺寸之间存在良好的对应关系，这是熔池谐振法的基础。熔池尺寸越大，固有频率越低；熔池尺寸越小，固有频率越高。当焊接电流中的正弦波频率与熔池固有频率一致时，发生谐振，信号特征明显，易于检测。

三、熔透控制策略与工程意义

熔池尺寸与熔透状态之间存在直接关联。在TIG焊中，熔池底部与工件底部的距离（即熔池深度与板厚的关系）决定了是否实现完全熔透。当熔池深度等于或超过板厚时，熔池底部出现小孔，表明已实现熔透。通过熔池谐振法实时检测熔池尺寸，可以推断熔池深度，从而判断熔透状态。

在连续行走焊接条件下，该方法的优势在于：

1. 正弦波叠加不干扰正常焊接过程，无需额外的脉冲冲击；
2. 谐振信号具有明确的特征，易于从电弧电压中提取；
3. 信号的强度、稳定性、重复性及与熔池尺寸的对应精度均优于短时高值脉冲激振法。

对于管道焊接而言，熔透控制至关重要。管道焊缝的不完全熔透是典型的焊接缺陷，可能导致应力集中和裂纹萌生。在管道工程中，尤其是高压管道、核级管道等关键部位，熔透控制是确保焊接质量的核心环节。

四、技术局限与改进方向

尽管熔池谐振法在原理上具有优势，但在工程应用中仍面临一些挑战。熔池固有频率受多种因素影响，包括焊接电流、焊接速度、保护气体种类、工件材料等，这些因素的变化可能导致熔池固有频率漂移，影响谐振检测的准确性。此外，电弧电压信号中除了熔池谐振信号外，还包含电弧燃烧噪声、电流波动等干扰信号，需要设计有效的信号处理算法进行提取。

从工程实践角度，建议结合数字信号处理技术，如小波变换、自适应滤波等方法，提高谐振信号的提取精度。同时，可考虑将熔池谐振法与其他熔池检测手段（如光学检测、电磁检测）相结合，形成多源融合的熔透检测系统，以提高检测的可靠性和鲁棒性。

总体而言，熔池谐振法为连续行走条件下的熔透控制提供了一种创新的物理原理，其核心思想——利用熔池固有频率与熔池尺寸的对应关系实现间接检测——具有重要的方法论价值，对后续焊接过程监控技术的发展具有启发意义。