本发明专利技术提供一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法及装置，包括：S1、三维扫描系统获取焊件三维模型及焊缝的曲率数据，并向计算机控制系统反馈；S2、计算机控制系统制定线圈自适应调整方案，并传输至线圈形态调整系统；S3、感应焊接系统控制焊接工艺参数的输入开展感应焊接，线圈形态调整系统控制焊接过程中线圈变形与压辊压力变化，监测与反馈系统实时获取线圈变形程度、线圈与工件的距离、线圈温度以及焊接区域温度数据对既定线圈调整方案及焊接工艺参数进行修正。所述装置执行上述方法。本发明专利技术解决了复杂曲率板材感应焊接效率低以及大曲率焊缝难以焊接的问题，实现了单线圈的自适应感应焊接及其自动化。圈的自适应感应焊接及其自动化。圈的自适应感应焊接及其自动化。
【技术实现步骤摘要】
一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法及装置
[0001]本专利技术涉及感应焊接
，尤其涉及一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法及装置。
技术介绍
[0002]目前，感应焊接具有效率高、灵活性强、发热精准等特点，是一种非常有前途的焊接技术。它的原理是利用高频交变电流通过感应线圈，在其周围产生交变磁场，使置于磁场中的导电体产生热量，加热熔融焊缝处树脂或金属基体，再经冷却固化而获得具有一定力学强度的连接结构。感应焊接的缺点是焊接面上温度分布不均匀，线圈与感应材料的间距能显著影响电磁感应的效率，难以焊接大面积复杂曲率焊件。大型双曲率、复杂曲率结构在航空航天等重大装备制造过程中十分常见，针对复杂曲率结构的连接，常规方法主要是铆接和胶接，但铆接会影响工件的机械性能，胶接工序复杂，接头性能较差。感应焊接对材料损伤较小，工序简单，接头性能强，但缺点是在焊接复杂曲率焊缝时，焊接效果受线圈大小和形状的影响较大，线圈由于宽度限制距离焊缝过远，难以焊接大曲率焊缝，导致焊接区域加热不均匀，影响了焊接效率和焊接质量。
技术实现思路
[0003]本专利技术目的在于提供一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法及装置，能解决现有技术中复杂曲率板材感应焊接效率低以及大曲率焊缝难以焊接的问题，达到实现单线圈的自适应感应焊接及其自动化的目的。
[0004]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法，包括下述步骤：<br/>[0006]S1、焊件信息的获取与反馈：将待焊工件固定于工装夹具上，在实际焊接前，三维扫描系统利用三维激光扫描仪获取焊件三维模型及焊缝轨迹包括工件尺寸、焊缝尺寸、焊缝曲率、焊缝附近非焊接区域的曲率和尺寸，并向计算机控制系统反馈，为制定线圈自适应调整方案提供依据；
[0007]S2、线圈自适应调整方案制定：计算机控制系统通过对焊件三维模型及焊缝轨迹的计算设定线圈行走路径、线圈形态调整点及其对应的线圈形态、压辊行走路径及压辊压力；
[0008]S3、开展感应焊接：感应焊接系统根据所输入的正式焊工艺参数包括电压、电流、频率，对复杂曲率板材全焊接区域进行焊接；当焊接过程中线圈到达预设形态调整点时，线圈形态调整系统利用改变线圈温度及向线圈施加外力的方法即时控制线圈向预设形态变形，达到线圈与焊缝曲率贴合的目的；监测与反馈系统利用位移传感器实时获取线圈外侧最高点与线圈中心最低点的垂直距离L以及线圈中心最低点与其正下方焊缝的距离H，利用红外热像仪实时获取线圈温度T1与焊接区域温度T2，根据距离L及线圈温度T1监测并修正
线圈变形程度，根据距离H及焊接区域温度T2输入并修正既定焊接工艺参数。
[0009]进一步地，线圈行走路径设定遵循以下原则：线圈末端直杆与焊缝曲线交点处的切线方向与线圈末端直杆轴向垂直，线圈与焊件距离最近处不小于3mm且不大于20mm；线圈中心最低点距离焊缝最小距离为20mm处和3mm处设定为线圈形态调整点；
[0010]进一步地，所述线圈材料采用双程形状记忆合金，在温度高于该材料的奥氏体转变温度时，线圈形状向高温相形状变化，温度低于该材料的马氏体转变温度时，线圈形状向低温相形状变化，温度处于马氏体转变温度和奥氏体转变温度之间时，线圈形状不发生变化；线圈的低温相几何形状呈平面螺旋线形，连接至液压调节装置的中心直杆与末端直杆处于同一高度，各匝线圈处于同一水平面；高温相几何形状呈锥状螺旋形，中心直杆低于末端直杆，在焊接大曲率焊缝的情况中，该形状相较于平面螺旋线形更贴近于焊缝，达到提高焊接效率的效果。
[0011]进一步地，所述线圈调整系统控制线圈锥度变小的过程如下，移除线圈中心直杆上的外力并降低通入线圈的冷却水流速，线圈温度升高至奥氏体转变温度以上并向高温相形状变化，到达预设锥度后锁定线圈中心直杆位置并提高冷却水流速使线圈温度降低至马氏体转变温度与奥氏体转变温度之间，线圈停止变形；控制线圈锥度变大的过程如下，移除线圈中心直杆上的外力并提高通入线圈的冷却水流速，线圈温度降低至马氏体转变温度以下并向低温相形状变化，到达预设锥度后锁定线圈中心直杆位置并降低冷却水流速使线圈温度升高至马氏体转变温度与奥氏体转变温度之间，线圈停止变形；
[0012]进一步地，所述压辊行走路径与焊缝路径重合，压辊压力控制方法为，通过调整压辊上方液压杆的位置和弹簧的伸缩程度使压辊对焊缝的压力保持在一定范围内。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接装置，包括：
[0014]激光三维扫描仪、计算机控制系统、感应焊接系统、线圈形态调整系统、监测与反馈系统；
[0015]激光三维扫描仪将三维焊缝轨迹反馈给计算机控制系统，计算机控制系统制定线圈自适应调整方案并传输至线圈形态调整系统，感应焊接系统基于计算机控制系统输入的工艺参数进行感应焊接，监测与反馈系统对既定线圈调整方案及焊接工艺参数进行修正。
[0016]感应焊接系统中的感应焊机与线圈通过导线连接，用于向线圈施加电压、电流、频率；
[0017]线圈形态调整系统中水冷箱与线圈通过冷却水管进行连接，线圈中心延伸出的直杆与固定于树脂箱下方的液压升降装置连接，线圈末端延伸出的直杆与树脂箱连接，通过液压升降装置的上下运动带动线圈中心延伸出的直杆运动实现线圈形状的变化；机器人与树脂箱连接实现线圈和压辊整体不同方位的移动；压辊与其上方的弹簧连接，位于弹簧上方的液压升降装置与树脂箱连接，通过液压升降装置的上下运动控制弹簧的伸缩程度使压辊对焊缝的压力保持在一定范围内；
[0018]监测与反馈系统中位于液压升降装置下方的位移传感器处于线圈的正上方，用于获取线圈外侧最高点与线圈中心最低点的垂直距离L以及线圈中心最低点与其正下方焊缝的距离H，红外热像仪的位置在焊接前需调节，使其可以观测到线圈与焊接区域的温度。
[0019]本专利技术实施例的有益效果在于：针对当前感应焊接大型复杂曲率板材的过程中，
焊接效果受线圈大小和形状的影响较大，线圈由于宽度限制距离焊缝过远，线圈周围产生的交变磁场在较短距离内大幅衰减，导致焊接区域加热不均匀而影响焊接效率和焊接质量的问题，通过采用双程形状记忆合金材料的线圈，利用该材料的形状记忆效应和超强的弹性使其可以按照焊缝的曲率变形，从而贴合焊缝，提高焊接区域的磁场强度，达到提高焊接效率和焊接质量的效果；通过对焊件进行三维扫描、计算并制定线圈自适应调整方案及焊接工艺参数、设计线圈形态调整系统、焊接过程中监测与反馈各项参数，达到控制线圈不同程度变形以连续感应焊接大型复杂曲率板材的目的，实现了基于复杂曲率板材的单线圈自适应连续感应焊接及其自动化。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接的线圈形态调整方法流程图；
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于线圈自适应的复杂曲率板材感应焊接方法及装置，其特征在于，包括以下步骤：S1、焊件信息的获取与反馈：将待焊工件固定于工装夹具上，在实际焊接前，三维扫描系统利用三维激光扫描仪获取焊件三维模型及焊缝轨迹包括工件尺寸、焊缝尺寸、焊缝曲率、焊缝附近非焊接区域的曲率和尺寸，并向计算机控制系统反馈，为制定线圈自适应调整方案提供依据；S2、线圈自适应调整方案制定：计算机控制系统通过对焊件三维模型及焊缝轨迹的计算设定线圈行走路径、线圈形态调整点及其对应的线圈形态、压辊行走路径及压辊压力；S3、开展感应焊接：感应焊接系统根据所输入的电压、电流、频率几项正式焊工艺参数，对复杂曲率板材全焊接区域进行焊接；当焊接过程中线圈到达预设形态调整点时，线圈形态调整系统利用改变线圈温度及向线圈施加外力的方法即时控制线圈向预设形态变形，达到线圈与焊缝曲率贴合的目的；监测与反馈系统利用位移传感器实时获取线圈外侧最高点与线圈中心最低点的垂直距离L以及线圈中心最低点与其正下方焊缝的距离H，利用红外热像仪实时获取线圈温度T1与焊接区域温度T2，根据距离L及线圈温度T1监测并修正线圈变形程度，根据距离H及焊接区域温度T2输入并修正既定焊接工艺参数。2.根据权利要求1所述一种用于复杂曲率板材的自适应线圈感应焊接方法，其特征在于：线圈行走路径设定遵循以下原则，线圈末端直杆与焊缝曲线交点处的切线方向与线圈末端直杆轴向垂直，线圈与焊件距离最近处不小于5mm且不大于20mm；线圈中心最低点距离焊缝最小距离为20mm处和5mm处设定为线圈形态调整点。3.根据权利要求1所述一种用于复杂曲率板材的自适应线圈感应焊接方法，其特征在于：所述线圈材料采用双程形状记忆合金，在温度高于该材料的奥氏体转变温度时，线圈形状向高温相形状变化，温度低于该材料的马氏体转变温度时，线圈形状向低温相形状变化，温度处于马氏体转变温度和奥氏体转变温度之间时，线圈形状不发生变化；线圈的低温相几何形状呈平面螺旋线形，线圈的中心直杆与外侧直杆处于同一高度，各匝线圈处于同一水平面；高温相几何形状呈锥状螺旋形，中心直杆低于末端直杆，在焊接大曲率焊缝的情况中，该形状相较于平面螺旋线形更贴近于焊缝，达到提高焊接效率的效果。4.根据权利要求1所述一种用于复杂曲率板材的自适应线圈感应焊接方法，其特征在于：所述线圈调整系统控制线圈锥度变小的过程如下，移除线圈中心直杆上的外力并降...
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌斌，孙聪，占小红，钱晟晖，高景民，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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