一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统及工作方法，属于等离子弧焊接技术领域。系统包括三维运动平台、可编程逻辑控制器(PLC)、等离子弧焊机、等离子弧焊枪、高速送丝机、焊缝跟踪激光器、工业相机和工控机，其中，三维运动平台上搭载有等离子弧焊枪、高速送丝机、焊缝跟踪激光器和工业相机，等离子弧焊枪连接有等离子弧焊机，等离子弧焊机和高速送丝机均连接有可编程逻辑控制器，三维运动平台、可编程逻辑控制器、焊缝跟踪激光器和工业相机均连接有工控机。本发明专利技术实现对焊接过程中间隙的准确检测和自动化调整焊接参数的能力，减少对人工操作和经验的依赖，提高焊接装配的一致性和质量。提高焊接装配的一致性和质量。提高焊接装配的一致性和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统及工作方法


[0001]本专利技术公开了一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统及工作方法，属于等离子弧焊接


技术介绍

[0002]在核电领域中，乏燃料储罐是典型的设备部件，承担着辐射防护的功能。外端盖和储罐罐体的连接至关重要，需同时具备良好的辐射屏蔽和足够的结构强度。在实际焊前装配过程中，由于端盖通常采用机械切割，加工精度低，影响了焊件的装配精度，导致间隙在0
‑
6mm范围内呈现不均匀分布的情况。而等离子弧焊接技术对间隙变化较为敏感，常出现熔深浅、烧穿等焊接缺陷，降低了焊接结构件的良品率。
[0003]目前，现有的工作方法是由工人根据间隙情况手动调整焊接参数，以实现外端盖与罐体的稳定焊接。然而，这种方法严重依赖于人工观察和焊接经验，并且手动调整参数存在滞后性，导致参数调整不及时，对生产质量产生了重大影响，制约了生产率的提高，并且难以适应现代化智能焊接的发展趋势。
[0004]因此，需要提出一种新的解决方案，以克服现有技术中存在的问题，并提高乏燃料储罐焊接装配过程的自动化程度、精确性和效率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统，基于图像处理技术、焊道激光跟踪技术和自适应控制方法，实现对焊接过程中间隙的准确检测和自动化调整焊接参数的能力，通过引入智能化的元素，减少对人工操作和经验的依赖，提高焊接装配的一致性和质量，进一步推动生产效率的提升，并适应现代化智能焊接的发展趋势。
[0006]本专利技术还提供上述不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统的工作方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统，包括三维运动平台、可编程逻辑控制器(PLC)、等离子弧焊机、等离子弧焊枪、高速送丝机、焊缝跟踪激光器、工业相机和工控机，其中，
[0009]三维运动平台上搭载有等离子弧焊枪、高速送丝机、焊缝跟踪激光器和工业相机，等离子弧焊枪连接有等离子弧焊机，等离子弧焊机和高速送丝机均连接有可编程逻辑控制器，三维运动平台、可编程逻辑控制器、焊缝跟踪激光器和工业相机均连接有工控机。
[0010]根据本专利技术优选的，等离子弧焊枪连接有冷却水箱，对焊枪进行冷却降温。
[0011]上述不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统的工作方法，步骤如下：
[0012](1)前期工艺试验，探究不同等间隙情况下的最佳焊接参数，根据工艺需要设定不同间隙情况的试验工件，然后利用自动控制系统进行工艺试验，三维运动平台将等离子弧焊枪移动至焊接位置，分别对不同间隙的焊接参数进行焊接试验，焊接时高速送丝机将焊丝送至焊接位置，记录每个试验条件下的焊缝成形并评估焊接质量，以此确定每种间隙情况下的最佳焊接参数；
[0013](2)确定每种参数对间隙的敏感度，采用统计方法(如方差分析等)对试验结果进行分析，确定各个参数对结果的影响程度，即确定每种参数对间隙的敏感度，取敏感度排名前三位的作为有效焊接参数；
[0014](3)根据间隙大小和对应的最佳的有效焊接参数的映射关系绘制插值曲线，得到有效焊接参数随间隙大小的变化规律；
[0015](4)进行乏燃料储罐外端盖焊接，根据初始焊接位置的间隙宽度，选择步骤(3)中对应的有效焊接参数，焊接过程中，焊缝跟踪激光器向熔池前方发射激光线，激光线垂直于待焊坡口，然后工业相机拍摄焊缝坡口及周边的激光反射图像，工控机采用图像处理技术对激光反射图像进行处理，获得当前焊接位置的间隙宽度；
[0016](5)将实时采集的间隙宽度与上一时刻的间隙对比，若产生偏差，则根据当前实时采集的间隙宽度修正焊接参数。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，根据工艺需要设定7种间隙情况，分别为无间隙、1mm间隙、2mm间隙、3mm间隙、4mm间隙、5mm间隙、6mm间隙，焊接参数包括焊接电流、焊接速度、送丝速度、离子气流量、摆动幅度(包含左摆幅度和右摆幅度)、摆动频率和停留时间。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，有效焊接参数为焊接电流、送丝速度和摆动幅度，其中，焊接电流取值范围0
‑
350A，送丝速度取值范围0
‑
100mm/s，摆动幅度取值范围0
‑
10mm。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(4)中，间隙宽度的采集速度为100
‑
150次每秒。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(5)中，偏差值为0.3mm，若偏差大于0.3mm，则根据当前实时采集的间隙宽度选择步骤(3)中对应的有效焊接参数，进行焊接修正。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术根据不同间隙尺寸条件，对现场工艺情况做了明确区分，针对不同间隙匹配合适的焊接参数，利用工业相机获取实时的间隙数据，实现间隙大小与焊接参数的实时匹配，解决了等离子弧焊接方法对工件对接间隙敏感的问题。
[0023]2、本专利技术可拓展到多类型多参数的等离子弧焊接工艺试验，适用于熔透型、穿孔型、微束型等离子弧焊，多种不同焊接参数，以及多种坡口类型，如对接、角接、T型接头等，提高了等离子弧焊接在复杂工况下的适用性，拓展了等离子弧焊接的应用范围。
[0024]3、本专利技术采用了焊缝跟踪激光器和工业相机，实现了间隙宽度的有效和快速提取，相对于其他焊缝跟踪设备，图像处理流程简单，运算速度快。
附图说明
[0025]图1本专利技术的结构示意图；
[0026]其中：210、冷却水箱，220、可编程逻辑控制器，230、等离子弧焊机，240、高速送丝机，250、等离子弧焊枪，260、焊缝跟踪激光器，270、工控机，280、工业相机，290、乏燃料储罐。
具体实施方式
[0027]下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。
[0028]实施例1：
[0029]如图1所示，本实施例提供一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统，包括三维运动平台、可编程逻辑控制器220、等离子弧焊机230、等离子弧焊枪250、高速送丝机240、焊缝跟踪激光器260、工业相机280和工控机270，其中，
[0030]三维运动平台上搭载有等离子弧焊枪250、高速送丝机240、焊缝跟踪激光器260和工业相机280，等离子弧焊枪250连接有等离子弧焊机230，等离子弧焊机230和高速送丝机240均连接有可编程逻辑控制器220，三维运动平台、可编程逻辑控制器220、焊缝跟踪激光器260和工业相机280均连接有工控机。
[0031]等离子弧焊枪250连接有冷却水箱210，对焊枪进行冷却降温。
[0032]上述不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统，其特征在于，包括三维运动平台、可编程逻辑控制器、等离子弧焊机、等离子弧焊枪、高速送丝机、焊缝跟踪激光器、工业相机和工控机，其中，三维运动平台上搭载有等离子弧焊枪、高速送丝机、焊缝跟踪激光器和工业相机，等离子弧焊枪连接有等离子弧焊机，等离子弧焊机和高速送丝机均连接有可编程逻辑控制器，三维运动平台、可编程逻辑控制器、焊缝跟踪激光器和工业相机均连接有工控机。2.如权利要求1所述的不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统，其特征在于，等离子弧焊枪连接有冷却水箱。3.如权利要求1所述的不均匀间隙结构的乏燃料储罐外端盖等离子弧焊接自动控制系统的工作方法，其特征在于，步骤如下：(1)前期工艺试验，探究不同等间隙情况下的最佳焊接参数，根据工艺需要设定不同间隙情况的试验工件，然后利用自动控制系统进行工艺试验，三维运动平台将等离子弧焊枪移动至焊接位置，分别对不同间隙的焊接参数进行焊接试验，焊接时高速送丝机将焊丝送至焊接位置，记录每个试验条件下的焊缝成形并评估焊接质量，以此确定每种间隙情况下的最佳焊接参数；(2)确定每种参数对间隙的敏感度，采用统计方法对试验结果进行分析，确定各个参数对结果的影响程度，即确定每种参数对间隙的敏感度，取敏感度排名前三位的作为有效焊接参数；(3)根据间隙大小和对应的最佳的有效焊接参数的映射关系绘制插值曲线，得到有效焊接参数随间隙大小的变化规律；(4)进行乏燃料储罐外端盖焊接，根据初始焊接位置的间隙宽度，选择步骤(3)中对应的有效焊接参数，焊接过程中，焊缝跟踪激...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱克明，贾传宝，孙乙翔，陈崇龙，周方正，朱志强，王琦，李佳鹏，周卫鲁，武利建，高进强，孙震，武传松，
申请(专利权)人：山东大学山东大学威海工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：