一種窄間隙焊接熔寬的自適應檢測控制系統及方法
【專利摘要】本發明公開一種窄間隙擺動電弧焊熔寬自適應檢測控制系統及方法，它主要是解決現有的窄間隙焊接熔寬不均勻時帶來咬邊、夾渣焊縫不均勻等缺陷。其技術方案要點是：在焊接過程中，擺動電弧傳感器控制電弧擺動在坡口處掃描，由傳感器采集信號，通過比較計算左右兩邊的脈沖數目，確定對中位置偏差，通過比較脈沖總數的大小，判斷熔寬的寬窄變化，調整焊炬擺動振幅的大小，實現熔寬的自適應控制和焊槍自動對中。本發明檢測算法簡單，響應速度快，檢測精度高，提高窄間隙擺動電弧焊的焊接穩定性，避免焊接缺陷。
【專利說明】
一種窄間隙焊接熔寬的自適應檢測控制系統及方法
技術領域
[0001]本發明屬于焊接技術領域，具體的說是一種窄間隙焊縫熔寬的擺動電弧焊的自適應檢測控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的大型化和高參數化，厚板和超厚板焊接金屬結構的應用越來越廣泛，厚板領域的縱縫和環縫的焊接也越來越多。窄間隙的熔寬的不均勻是由于窄間隙在加工、裝配過程中的變形而導致的。熔寬不均勻時會帶來咬邊、夾渣焊縫不均勻等缺陷。由于窄間隙焊接的修補困難，所以熔寬的檢測十分重要。
[0003]窄間隙電弧焊方法為了保證焊接坡口兩側獲得均勻的熔透，需要保證焊炬與焊縫中心的對中，也就是要解決焊縫跟蹤問題，而熔寬的檢測又是焊縫跟蹤技術之關鍵。對于熔寬不均勻而導致的焊接缺陷問題，受到普遍關注。采用電弧傳感方法利用電弧自身作為傳感器，通過一定算法直接從焊接電弧電信號中提取反映焊炬與對中中心偏差的信息，通過確定的對中中心，比較前后脈沖數目總數，確定熔寬的變化。從而控制擺動器自適應的調整擺動幅度，是焊接總處于最佳狀態。
[0004]針對窄間隙焊縫熔寬檢測方法。如:蔣力培等在“焊縫熔寬實時檢測裝置”(專利文獻出版社)一文中，提出了一種雙波長紅外濾光片比色測溫法的熔寬實時檢測方法，其通過攝像機攝取一幅圖像后，經轉換成圖像灰度數據送入計算機，計算機對圖像進行濾波處理，計算近熔化區的溫度分布，再經計算得到熔寬。但是易受環境因素影響，對于光亮或者拋光的金屬表面的測溫讀數影響較大，對于電弧焊來說，難以保證在弧光的影響下測量結果的精確，使得測量結果產生誤差，導致擺動弧度的不精確，自適應差，從而使焊縫出現較多的缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于解決現有的窄間隙熔寬不均勻導致焊接缺陷的問題，以及電弧焊對中等的問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提供一種窄間隙焊接熔寬的自適應檢測控制系統及方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:首先電弧焊焊縫跟蹤傳感器控制電弧擺動以進行焊縫坡口掃描，由霍爾傳感器采集原始信號，對原始信號進行硬件濾波處理；其特征在于包括以下步驟:
[0008]①通過電流傳感器檢測脈沖電弧的電流信號I和對中器信號，并在對該信號進行硬件濾波和脈沖整形等預處理后，輸入計算機中；
[0009]②計算機根據脈沖電弧突變值區間信號，提取脈沖電弧電流數目特征值信號，以焊炬垂直位置為中點并分別計算脈沖電弧到坡口左側壁期間的脈沖電流數目Fl和到坡口右側壁期間的脈沖電流數目Fr，求差得到對中偏差傳感信號值△ FS = Fl-Fr;
[0010]③根據對中偏差傳感信號值ΔFS的正負判斷實際對中偏差Δ X的方向，當Δ FS>0時對中右偏，當Δ FS<0時對中左偏，當Δ FS = O時對中無偏差;根據預先建立的對中偏差傳感信號值A FS的大小與實際對中偏差△ X之間的近似線性關系，經輸出轉換后求得實際對中偏差Δ X的大小。
[0011]④在根據脈沖的兩個相鄰的突變峰值的間隔脈沖，計算脈沖數目，根據預先建立的脈沖數目N與實際焊縫熔寬Y之間的近似線性關系，判斷熔寬的大小，通過比較Ni>Ni+l，當Ni>Ni + l時，熔寬變窄；當Ni<Ni+l時，熔寬變寬，當Ni=Ni+l，熔寬不變。并通過計算機控制馬達操縱升縮桿調整焊槍擺動幅度，使焊槍自適應熔寬變化。
[0012]本發明的有益效果是:
[0013]適用性強。本發明適用于擺動電弧的窄間隙脈沖焊接，對于I形、U形的窄間隙坡口的熔寬具有良好的適應性。而且，本發明還適用于任何具有對稱性坡口的非窄間隙脈沖焊接場合。
[0014]檢測精度高。本發明通過比較計算電弧脈沖數目來檢測對中偏差，在求得熔寬的脈沖數目與左右脈沖數，消除了電弧因熔寬的不均勻導致的對檢測精度的影響。
[0015]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0016]圖1對中，熔寬檢測系統框圖
[0017]圖2窄間隙焊接熔寬系統原理的結構圖，圖2中:1、熔池2、電弧3窄間隙坡口、4、導電嘴5、導電桿6、馬達7、升縮桿8、彈簧9、焊絲10、饋電及轉動裝置11、送絲輪12、對中器13、定位裝置14、熔寬擺動器15、脈沖焊接電源16、電流傳感器
[0018]圖3系統機構框圖
[0019 ]圖4電弧電流脈沖波形變化示意圖，A圖為對中無偏差的情況;B圖為對中左偏;C圖為對中右偏。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述，但不限定本發明。
[0021]1、如圖2所示，焊絲經過導電桿后從導電嘴4的中心孔送出，脈沖焊接電源16通過饋電及轉動裝置10為焊接電弧2供電；焊接過程中，饋電及轉動裝置10驅動折彎導電桿5和導電嘴4，熔寬擺動器15帶動電弧2在窄間隙焊接坡口內作一定半徑的圓弧形搖動，形成焊接熔池I，實現擺動電弧窄間隙脈沖焊接，同時通過霍爾電流傳感器17檢測脈沖電弧電流I。
[0022]在上述擺動電弧焊接過程中，在左側壁時，檢測到一個大的電流信號，信號控制脈沖發生器發送直波，離開左側壁后，脈沖發生器發射方波，在接收對中器信號后，脈沖發生器發射直波，離開后，繼續發射方波，碰到右側壁時，發射直波。
[0023]2、如圖4所示，在對中無偏差情況(如圖4，A圖中實線波形所示)下，當電弧在坡口左側壁處開始接觸時，由于電弧電流強度與距離有關，此處電流信號會產生一個極大值，脈沖發生器發射直波，但當電弧離開坡口左側壁處時，極大值消失，脈沖發生器繼續發射方波;在電弧在移動到坡口右側壁處時，極大值再次出現，此時為半個周期。因為焊接電流大小與距離有關，當距離最低時，電流強度最小，可由此作為判斷焊縫左右兩邊距離的中間點，取焊炬垂直位置時為中間點，分別比較中間點兩邊脈沖數目，校正對中是否產生偏差，焊槍是否對中。
[0024]根據圖4所示的電弧電流脈沖變化圖可知，對中偏差與電弧電流脈沖數目變化之間存在關聯性。在對中無偏差情況下，電弧在坡口左側的脈沖數與在坡口右側脈沖數相等，即其差值A FS = Fl-Fr = O;當對中出現右偏差時，電弧在一個運動半周期不同區間內的脈沖數目不同，相應地Δ FS = Fl-Fr >O;依次類推，當對中出現左偏差時，Δ FS = Fl-Fr <O。也就是說，通過計算A FS就可以檢測出對中偏差。而每個半周期的對中脈沖總數Ni = Fl +Fr，下半個周期的總數為Ni+Ι。在熔寬不變的情況下，前后脈沖總數應相等，S卩Ni=Ni+l;當熔寬變窄的情況下，即Ni>Ni+l;當熔寬變的情況下，Ni〈Ni+l。
[0025]4、實現上述檢測方法的檢測系統原理，如圖1所示。焊接過程中，電流傳感器實時檢測脈沖電弧電流I，經過硬件濾波和脈沖整形等信號預處理后，直接送入計算機進行處理。計算機對電弧電流脈沖信號進行分區，分別計算出一個周期內電弧在坡口左側和右側區域內的脈沖平均數目Fl和Fr，并以其差值AFS作為對中偏差傳感信號;最后，利用事先建立的對中偏差傳感信號A FS與對中偏差△ X之間的近似線性關系，經過輸出變換后得到實際對中偏差A X，該傳感信號△ FS與對中偏差△ X之間的近似線性關系，可由焊炬的移動速度A V與脈沖的間隔時間Λ t經多次試驗后得出Δ X= Δ t* Δ FS* Δ V。當Δ X<0時，表示對中左偏；當Δ X = O時，表示對中無偏差(焊炬對中)；當Δ X> O時，則表示對中右偏。所述平均脈沖數目Fl和Fr，可以在電弧的一個運動周期內獲得。圖3所示檢測方法，在對電弧電流信號采樣時，僅檢測脈沖電弧電流信號的數目，而且對中偏差檢測算法簡單，不涉及復雜繁瑣的數據處理，提高了對中偏差檢測的實時性。該方法適用于擺動電弧的窄間隙脈沖焊接，還可推廣應用于任何具有對成性坡口的非窄間隙脈沖焊接場合。
[0026]5、以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種窄間隙焊接熔寬的自適應檢測控制系統及方法，其系統由傳感器、對中器、對中控制器、定位裝置、熔寬控制器、熔寬擺動器，焊槍等幾個模塊組成;其中傳感器安裝在焊炬上，與焊縫上的對中器和對中控制器相連接;傳感器又與定位裝置連接，定位裝置、熔寬擺動器、熔寬控制器相連接，控制焊槍熔寬振幅的擺動變化;通過對中控制器相連接，采用脈沖左右數目對比的方法，實現對中偏差的確定;通過定位裝置，確保焊槍定位準確;通過熔寬控制器，對脈沖數目對比，實現熔寬的自適應控制和焊槍自動對中。2.一種窄間隙焊接熔寬的檢測控制方法，其熔寬檢測的對中部分，其特征在于:使擺動電弧傳感器控制電弧擺動在窄間隙焊縫起始點坡口處由坡口左側壁開始向坡口右側壁處運動，然后回到左側壁，此時為一個運動周期，在其過程中，通過熔寬擺動器上的定位裝置將焊槍垂直位置設為中點，其特征包括以下步驟: ①通過電流傳感器檢測脈沖電弧的電流信號I，并在對該信號進行硬件濾波和脈沖整形等預處理后，輸入計算機中； ②計算機根據脈沖電弧突變尖峰信號，提取脈沖電弧電流特征值信號，以焊炬垂直位置為中點并分別計算脈沖電弧到坡口左側壁期間的脈沖電流Fl和到坡口右側壁期間的脈沖電流Fr，求差得到對中偏差傳感信號值AFS=Fl-Fr ; ③根據對中偏差傳感信號值AFS的正負判斷實際對中偏差Δ X的方向，當AFS >O時對中右偏，當AFS< O時對中左偏，當AFS=O時對中無偏差；根據預先建立的對中偏差傳感信號值AFS的大小與實際對中偏差ΔΧ之間的近似線性關系，經輸出轉換后求得實際對中偏差A X的大小。3.根據權利要求1所述，窄間隙焊接熔寬的自適應檢測方法，根據脈沖的兩個相鄰的突變峰值的間隔脈沖，計算脈沖數目，根據預先建立的脈沖數目N與實際焊縫熔寬Y之間的近似線性關系，判斷熔寬的大小，通過比較Ni> Ni+1，當Ni> Ni+1時，熔寬變窄；當Ni<Ni+ 1時，熔寬變寬，當Ni=Ni+l，熔寬不變;并通過計算機控制馬達操縱升縮桿調整焊槍擺動幅度，使焊槍自適應熔寬變化。
【文檔編號】B23K9/127GK105834554SQ201610216940
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】洪波, 楊鵬昊, 龐爭林, 李文強
【申請人】湘潭大學