一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法技术

本发明专利技术涉及公开了一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，该方法主要由磁控可调摆动模式窄间隙焊枪和脉冲信号发生器组成的窄间隙焊接控制系统实现。使用磁控可调摆动模式窄间隙焊枪附带的相位式激光测距传感器、CCD图像传感器、电弧传感器对焊缝层次、位置及熔池形态进行智能监控与测算，结合电压传感器、比较器进行分析比较，综合判定焊枪临近侧壁后，调节励磁装置，使磁控可调摆动模式窄间隙焊枪按照设定摆动模式及轨迹进行焊接，解决窄间隙焊接侧壁熔合情况不佳的问题并实现多层多道焊焊道规划。

A welding control method of plasma arc welding for controlling the swing mode of welding gun in narrow gap welding

【技术实现步骤摘要】
一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法
本专利技术属于焊接自动化
，尤其是涉及一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法。
技术介绍
由美国Battelle研究所开发的窄间隙焊接是一种高效节能的焊接技术，可以大幅度减小焊缝的横截面积，降低焊缝金属的填充量，通过较小线能量实现较高的生产效率，具有热输入量小，熔池冷却速度快，焊缝组织细小，韧性高等优点，并且“板厚效应”明显，即板厚越大，成本节约效果越显著。故在国内外大型结构的中厚板焊接上得到越来越广泛的应用，在核电、航天、造船、桥梁、建筑等领域有着广阔的应用前景。侧壁熔合是窄间隙焊接过程中面临的问题之一，而磁控电弧可以在一定程度上解决侧壁未熔合，施加的磁场形式有横向磁场、纵向磁场、旋转磁场、尖角磁场等。由适当调节磁场强度、磁场频率，使在窄间隙焊接中得到足够的侧壁熔深成为现实。窄间隙焊接的焊接坡口深而窄，通常采用多层单道焊或多层多道焊，两侧壁角度小、焊缝狭窄对电弧摆动精度控制要求严格，从而提高对电弧信号的提取和偏差的识别以及焊层、焊道的规划难度。提出并研究新的窄间隙焊缝坡口特征的检测和识别方法，开发适用于复杂工况的窄间隙智能焊接系统，对提升焊缝质量并推广其在重大结构件焊接中的应用，意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述窄间隙焊接过程中的难点，提供一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，得到侧壁熔透的窄间隙焊缝并对焊层、焊道进行实时监控与规划。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：该焊接控制方法主要由磁控可调摆动模式窄间隙焊枪、脉冲信号发生器、弧焊电源、焊接电压传感器、比较器组成的窄间隙焊接控制系统实现。该方法使用的磁控可调摆动模式窄间隙焊枪整体结构呈扁平状，因此可以自由进出窄间隙焊缝，通过焊枪附带的相位式激光测距传感器、电弧传感器、CCD图像传感器对当前所焊焊缝层次、位置及熔池形态进行智能监控，根据所得的焊缝信息实现窄间隙焊接多层多道焊的路径规划。首先判断磁控可调摆动模式窄间隙焊枪是否临近侧壁，然后通过上位机显示，反馈给脉冲信号发生器，通过调节励磁装置的脉冲信号的幅度、宽度，调整焊枪在即将到达侧壁时的等离子弧运动轨迹，解决窄间隙焊接侧壁熔合情况不佳的问题。其中判断磁控可调摆动模式窄间隙焊枪是否临近侧壁的步骤如下：步骤1：相位式激光测距传感器的预判首先通过调制信号对发射光波的光强进行调制,利用测定调制光波往返于被测距离的相位差,间接计算出两侧壁和焊缝底部夹角处与焊枪之间的距离R。焊枪在侧壁A、B间进行来回的周期摆动，可计算得A、B两侧壁和焊缝底部夹角处与相位式激光测距传感器的距离R1、R2，R1＞R2时，焊枪处于坡口中心线右边，即焊枪向右运动；R1＝R2时，焊枪处于坡口中心线处；R1＜R2时，焊枪处于坡口中心线左边，即焊枪向左运动。通过步骤1可以得知焊枪移动的方向以及与侧壁之间的距离，预判焊枪是否临近侧壁。步骤2：电弧传感器的跟踪在焊枪摆动对窄间隙坡口进行焊接时，在摆动到两端和中央，由于电弧长度发生变化，焊接电流强度也随之变化，电弧传感器可检测到焊接电流的变化，进而可计算出喷嘴到工件之间的距离l，得到的l采用积分比较法对摆动左右区间的弧长积分大小判断偏差。在经过步骤1后，可知焊枪移动的方向，由摆动电弧传感器原理可知，电弧在喷嘴与侧壁垂直连线处的弧长是最小的，在喷嘴与侧壁拐角连线处的弧长是最大的。在进行多道焊时，以焊枪的中心线为界，对左右两边分别采集相同数目的弧长并累加后相减，得出反映焊缝偏移情况的信号，焊枪在坡口中间位置进行焊接，左右采集相同数目的弧长，累加后相减得其差值为零，即SL＝SR(S为对采取一定数目弧长的积分，在图中可表现为边缘点连线与坐标轴所围成面积大小)，焊枪摆动焊接至侧壁，会慢慢出现SL≠SR的现象。通过步骤2可进一步判断焊枪是否临近侧壁。步骤3：电弧电压信号的比较焊枪在侧壁A、B间进行一个来回的周期摆动，通过焊接电压传感器对电弧电压大小进行实时采集，得到一个最大电压值，因电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧在窄间隙焊接过程中，电弧电压大小与电弧的有效长度成正比，电弧长度在侧壁和焊缝底部夹角处与喷嘴连线处最长，即电弧电压值最大，将得到的最大电压值预先设置为电压Umax。通过焊接电压传感器对实时焊接电压的采集，比较器对采集电压Ut与Umax的比较，判断磁控可调摆动模式窄间隙焊枪是否临近侧壁。综合上述步骤1、2、3，可判断磁控可调摆动模式窄间隙焊枪是否临近侧壁。在判定焊枪临近侧壁后，经由上位机显示，反馈给脉冲信号发生器，改变磁场强度使电弧摆动幅度为起始焊枪摆动幅度的1/2，通过单片机和脉冲信号发生芯片调节励磁装置的脉冲信号的幅度、宽度与周期，控制等离子弧运动轨迹，将焊枪摆动调节为一进一停一退、迅速一进一停一退的模式，使焊接电弧实现在侧壁短暂停留，然后沿相反焊接方向退到焊缝的L/8处(单道焊缝焊宽为L)，再迅速沿原焊接方向进到侧壁短暂停留，紧接着回到焊缝中心点O所在直线进行下一道焊缝的焊接，以上过程可保证焊缝在两侧壁熔透。窄间隙焊接多采用多层多道焊，首先对第一层几道焊缝的进行焊高测量，如h1、h2、…、hn，求其均值得到后，采用相同的焊接工艺参数进行焊接，侧壁总高为H，每层之间的焊缝堆叠预留余量1mm，由相位式激光测距传感器可得当前待施焊缝层的垂直高度h′,进而求得当前待焊层层次，按已定焊道规范进行焊接。通过CCD图像传感器对焊缝图像的获取，进行滤波处理，并对焊缝边缘采用一个基于边缘邻域平均值的算子进行增强边缘运算，用最大类间方差法来选定阈值，梯度幅值超过阈值的点为边缘点，并选用遗传算法计算类间方差法的最优阈值。同时为了进行焊缝边缘识别，对图像进行细化。便于更加清晰观察每道焊缝的平直度，及时对焊缝偏差进行矫正，得到良好的窄间隙多层多道焊焊缝。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，该方法主要由磁控可调摆动模式窄间隙焊枪和脉冲信号发生器组成的窄间隙焊接控制系统实现。使用的磁控可调摆动模式窄间隙焊枪附带有相位式激光测距传感器、电弧传感器、CCD图像传感器，并结合由单片机和脉冲信号发生芯片组成的脉冲信号发生器，更加灵敏、准确、方便调控焊接系统，解决窄间隙焊接侧壁熔合问题，并对多层多道焊进行预期焊道规划与检测。附图说明图1磁控可调摆动模式窄间隙焊枪装置示意图图2窄间隙焊缝坡口图图3专利技术实施流程图图4焊枪路径规划图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述。本专利技术提出一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，该焊接控制方法主要由磁控可调摆动模式窄间隙焊枪、脉冲信号发生器、弧焊电源组成的窄间隙焊接控制系统实现。该方法使用的磁控可调摆动模式窄间隙焊枪装置示意图见图1，整体结构呈扁平状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，其特征是：该控制方法主要由磁控可调摆动模式窄间隙焊枪和脉冲信号发生器组成的窄间隙焊接控制系统实现。该方法使用的磁控可调摆动模式窄间隙焊枪整体结构呈扁平状，可自由进出窄间隙焊缝，通过焊枪附带的相位式激光测距传感器、电弧传感器、CCD图像传感器对所焊焊缝层次、位置及熔池形态进行智能监控，根据所得焊缝信息实现窄间隙焊接多层多道焊的规划路径焊接与侧壁熔合。首先判断焊枪是否临近侧壁，然后通过上位机显示，反馈给脉冲信号发生器，通过调节励磁装置的脉冲信号的幅度、宽度与周期，调整焊枪在即将到达侧壁时的焊枪摆动模式与等离子弧运动轨迹，解决窄间隙焊接侧壁熔合情况不佳的问题。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，其特征是：该控制方法主要由磁控可调摆动模式窄间隙焊枪和脉冲信号发生器组成的窄间隙焊接控制系统实现。该方法使用的磁控可调摆动模式窄间隙焊枪整体结构呈扁平状，可自由进出窄间隙焊缝，通过焊枪附带的相位式激光测距传感器、电弧传感器、CCD图像传感器对所焊焊缝层次、位置及熔池形态进行智能监控，根据所得焊缝信息实现窄间隙焊接多层多道焊的规划路径焊接与侧壁熔合。首先判断焊枪是否临近侧壁，然后通过上位机显示，反馈给脉冲信号发生器，通过调节励磁装置的脉冲信号的幅度、宽度与周期，调整焊枪在即将到达侧壁时的焊枪摆动模式与等离子弧运动轨迹，解决窄间隙焊接侧壁熔合情况不佳的问题。


2.根据权利要求1所述一种应用于窄间隙焊接控制焊枪摆动模式的磁控等离子弧焊焊接控制方法，其特征是：先对磁控可调摆动模式窄间隙焊枪进行一个周...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，熊昊，林健，向垂悦，秦子濠，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43