The invention discloses a control method for penetration shape and penetration depth of asymmetrical fillet weld. The penetration shape of asymmetrical fillet weld is controlled by adjusting the angle of welding torch. The model of front molten pool is identified based on visual method, and the penetration depth is estimated and controlled. Because the heat dissipation difference between the two sides of asymmetrical structure plates is great, the penetration is caused on on both sides. Forming is difficult to control. On the one hand, the weld pool shape is controlled by controlling the angle of the welding torch. On the other hand, based on the analytic equation of the instantaneous point heat source temperature field of the infinite gross Green function and the heat source equivalence method, the analytic model of the temperature field of the fillet weld with finite size is deduced, and the characteristics of the weld pool edge are obtained by image processing. Characteristic points are used to correct the analytical model, and the maximum coordinate of melting point temperature in the depth direction is calculated by using the corrected analytical model. Through this method, the penetration control of asymmetric fillet weld can be realized, and the difficult problem of improving the welding quality of this special structure can be solved.
【技术实现步骤摘要】
一种非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法
本专利技术属于焊接自动化领域,主要是涉及一种非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法,即一种将熔池形态和熔透深度分别控制来保证非对称角焊缝焊接质量的方法。具体是通过改变焊枪角度来影响熔池在焊缝处的形态,通过由正面熔池图像信息修正的三维温度场解析模型进行熔透深度的估算,二者相结合实现熔透成形控制。
技术介绍
目前在飞机机体、发动机容器等部位存在许多不等厚非对称角焊缝,这种焊缝与对称焊缝的散热情况存在显著差异,影响到焊接熔透成形,尤其结构最为突出的根部打底焊接,成为制约整个焊接接头质量的关键。此类结构在焊接中存在的主要问题是:(1)厚板一侧易产生未熔合缺陷。由于角根焊缝的非对称结构(钝边厚度一般取1-2mm,而另一侧厚板厚度在5mm以上,如图1所示),导致同样热输入条件下开坡口侧焊板熔深大,而厚板侧由于散热系数大而熔深相对较浅,导致熔透中心方向与坡口纵向方向之间出现偏差,易产生未熔合缺陷。(2)熔透稳定成形差。非对称角焊缝两侧母材厚度差距较大,与对称焊缝结构上的差异,使非对称角焊接中熔透成形品质受外部随机干扰影响更为敏感,经常发生熔透成形不稳定现象,造成最终焊接产品性能大幅降低。因此要解决上述问题,实现这种工况下的自动化焊接具有非常重要的意义。近些年国内外针对焊缝的熔透控制问题开展了大量研究,由于熔透不具备直接测量的特点,目前研究的重心和难点是寻求建立传感信息与熔透特征之间的关系,综合各种熔透传感信息来看,视觉传感信息量大,正面熔池图像采集方便,将其与熔池图像边界位置丰富的温度信息相结合,可以提高温度场模型的精度,再借助修 ...
【技术保护点】
1.一种非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤(1)非对称角焊缝焊接,通过实验和有限元模拟的方法获得不同焊枪角度对熔池在焊缝处的形态的影响规律,确定适合焊缝全熔透的焊枪角度范围,在这个范围内通过改变焊枪角度控制熔池形态;步骤(2)结合非对称角根焊缝熔透成形有限元模拟规律,推导有限尺寸角根焊缝工件温度场解析模型,并开展焊接试验优化模型,提高精度;非对称角焊缝整体温度场公式为:T(x,y,z,t)=T1(x,y,z,t)+T2(x,y,z,t)‑T0式中:T1(x,y,z,t)为立板温度场,T2(x,y,z,t)为底板温度场,T0为工件初始温度;步骤(3)利用相机采集正面熔池图像,获取熔池边界熔点温度的位置信息;步骤(4)利用温度坐标辨识解析模型热源参数,利用修正后的模型求解熔点温度最大坐标,实现熔透深度的在线计算求解;步骤(5)在反馈调节下,自动改变焊枪角度和热输入参数,实现非对称角焊缝焊接的实时控制。
【技术特征摘要】
1.一种非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤(1)非对称角焊缝焊接,通过实验和有限元模拟的方法获得不同焊枪角度对熔池在焊缝处的形态的影响规律,确定适合焊缝全熔透的焊枪角度范围,在这个范围内通过改变焊枪角度控制熔池形态;步骤(2)结合非对称角根焊缝熔透成形有限元模拟规律,推导有限尺寸角根焊缝工件温度场解析模型,并开展焊接试验优化模型,提高精度;非对称角焊缝整体温度场公式为:T(x,y,z,t)=T1(x,y,z,t)+T2(x,y,z,t)-T0式中:T1(x,y,z,t)为立板温度场,T2(x,y,z,t)为底板温度场,T0为工件初始温度;步骤(3)利用相机采集正面熔池图像,获取熔池边界熔点温度的位置信息;步骤(4)利用温度坐标辨识解析模型热源参数,利用修正后的模型求解熔点温度最大坐标,实现熔透深度的在线计算求解;步骤(5)在反馈调节下,自动改变焊枪角度和热输入参数,实现非对称角焊缝焊接的实时控制。2.根据权利要求1所述的非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法,其特征在于:在步骤(1)中焊枪与厚板一侧的夹角选取15°~45°进行焊接试验,对焊件进行切割、打磨、抛光和腐蚀操作,放在显微镜下拍照,将所得的结果与模拟所得的熔池形态变化规律相对比。3.根据权利要求1所述的非对称角焊缝熔透形态及熔深的控制方法,其特征在于:步骤(3)中,在焊接基值电流阶段采集熔...
【专利技术属性】
技术研发人员:岳建锋,李亮玉,常玉烁,许凯,
申请(专利权)人:天津工业大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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