一种针对大型复杂空间结构的多丝焊接系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对大型复杂空间结构的多丝焊接系统及其控制方法，焊接过程多信号采集装置、空间位置传感器、焊接参数检测装置、焊缝跟踪传感器设置在至少两个焊枪上，分别传递各种物理信号到多电弧电磁解耦装置，多电弧电磁解耦装置分析并解耦电弧信号，实时根据焊接过程中焊接结构空间位置的变化，计算出需要保持熔池一致性所需的焊接速度、焊枪姿态、焊接电压和焊接电流，并通过焊枪控制装置和焊接参数控制装置调整相应参数。本发明专利技术能够实现在焊接空间位置变化时的连续焊接，保证在空间任何位置和形状变化情况下，焊缝几何尺寸和焊接质量保持一致性，提高了焊接质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接技术，具体的说，是涉及多丝焊接

技术介绍
近年来，国民经济的发展和国防建设的需要促进了我国先进焊接成形技术的快速发展，在大型结构的整体焊接工艺、焊接变形控制、接头性能调控以及焊接结构完整性评价研究等方面取得不少进展，但在大型复杂结构件空间焊接成形制造方面还与国家重大需求和国际水平有很大差距。航空航天、舰船及海洋工程、核能等涉及很多大型复杂结构，如超大厚度、超大焊接截面、复杂及空间焊缝等超常结构及超常环境焊接，迫切需要研究与发展大型复杂构件的高效焊接方法，空间位置焊接是其关键支撑技术。目前，多丝共熔池的熔化极气体保护焊接技术由于其高的焊接速度、高的熔敷速度得到了广泛应用。试验研究表明双丝焊的速度和熔敷率是单丝焊的3 4倍，三丝焊又是单丝焊的4 5倍以上，而且不仅可以用于中厚板焊接，也可用于薄板焊接，特别是一次成型的快速焊接。生产实践中发现，多丝共熔池的焊接技术不但具有高效特点，同时还具有对熔池空间尺寸、组织成分可控性的功能，如类似于手工焊时，焊工通过各种手法，改变熔池空间尺寸，实现各种位置焊接；多丝共熔池焊接技术也可以通过设置各丝的工艺参数改变熔池的空间尺寸，同时通过高温熔体金属在多热源间的流动，调节焊缝组织的均勻性，提高焊缝质量。然而大型复杂空间位置焊接过程中，由于在不同焊接位置焊接电弧、熔滴及焊接熔池受力情况的不同，影响了电弧的熔滴过渡以及熔池形成，造成实际中常常出现熔合不良，未焊透等焊接缺陷。因此在单丝或双丝焊接时，为了提高焊接质量，经常采用分区设置焊接工艺或者采用示教，这样在一定程度上降低了工作效率。同时，目前采用双丝或三丝焊接时，多电弧之间的电磁干扰、多热源与力源的交互作用，使得人们对焊接参数、焊接空间位置、焊丝姿态对熔滴过渡与熔池形态的影响机理尚未完全了解，因此即使是双丝或三丝焊接，其对熔池可控性的功能并未得到应有的发挥，尤其是在大型复杂空间结构的焊接上， 目前的技术尚不能通过工艺来保证焊缝的几何尺寸和组织性能的完全一致。
技术实现思路
本专利技术要解决的是针对大型复杂空间结构时，焊接效率低，焊接质量不一致的技术问题，提供了一种多丝焊接系统及其控制方法，以实现高效率、高质量地完成大型复杂空间结构的焊接。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现一种针对大型复杂空间结构的多丝焊接系统，包括至少两个设置有焊丝的焊枪， 该系统还包括焊接过程多信号采集装置、空间位置传感器、焊接参数检测装置、焊缝跟踪传感器、焊枪控制装置、焊接参数控制装置和多电弧电磁解耦装置；所述焊接过程多信号采集装置、所述空间位置传感器、所述焊接参数检测装置和所述焊缝跟踪传感器安装在所述焊枪上；所述焊接过程多信号采集装置包括磁场信号传感器、温度传感器和光信号传感器，分别用于实时测量焊接过程中的磁信号、温度信号和光信号，并将所述磁信号、所述温度信号和所述光信号传输到所述多电弧电磁解耦装置；所述空间位置传感器为至少三个，用于实时测量焊接空间位置信号，并将所述焊接空间位置信号传输到所述多电弧电磁解耦装置；所述焊接参数检测装置包括电压传感器和电流传感器，用于实时测量焊接电压信号和焊接电流信号，并将所述焊接电压信号和所述焊接电流信号传输到所述多电弧电磁解耦装置；所述焊缝跟踪传感器用于实时测量焊缝位置信号，并将所述焊缝位置信号传输到所述焊枪控制装置；所述焊枪控制装置用于调节焊接速度和每个所述焊枪的焊接姿态，并实时将焊接速度信号和焊接姿态信号传输到所述多电弧电磁解耦装置；所述焊接参数控制装置用于调节每个所述焊枪的焊接电压和焊接电流；所述多电弧电磁解耦装置对所述磁信号、所述温度信号、所述光信号、所述焊接空间位置信号、所述焊接电压信号、所述焊接电流信号、所述焊接速度信号和所述焊接姿态信号进行分析，实时计算维持熔滴几何尺寸和熔体金属流变特性不变所需要的焊接速度信号、焊接姿态信号、焊接电压信号和焊接电流信号，以控制所述焊枪控制装置和所述焊接参数控制装置。一种针对大型复杂空间结构的多丝焊接系统的控制方法，包括如下步骤(1)在所述焊枪控制装置中确定焊接过程原点坐标，并给定第一焊接速度；(2)所述焊接过程多信号采集装置将测量的所述磁信号、所述温度信号和所述光信号传输到所述多电弧电磁解耦装置，所述空间位置传感器将测量的所述焊接空间位置信号传输到所述多电弧电磁解耦装置，所述焊接参数检测装置将所测量当前时刻的焊接电压信号和焊接电流信号传输到所述多电弧电磁解耦装置，所述焊枪控制装置将当前时刻的焊接速度信号和焊接姿态信号传输到所述多电弧电磁解耦装置，所述焊缝跟踪传感器将实时测量的所述焊缝位置信号传输到所述焊枪控制装置；(3)所述多电弧电磁解耦装置利用采集到的所述磁信号、所述温度信号和所述光信号解耦计算出每个电弧产生的电弧形态和电弧能量分布；(4)所述多电弧电磁解耦装置利用计算得到的所述电弧形态和所述电弧能量分布，结合采集到的所述焊接空间位置信号、所述焊接电压信号、所述焊接电流信号、所述焊接速度信号和所述焊接姿态信号，计算熔滴受力、熔滴几何尺寸和熔滴过渡形式；(5)所述多电弧电磁解耦装置利用计算得到的所述熔滴受力、所述熔滴几何尺寸、 所述熔滴过渡形式、所述电弧形态和所述电弧能量分布，计算出熔池几何尺寸和熔体金属流变特性；(6)所述多电弧电磁解耦装置将计算得到的所述熔池几何尺寸和所述熔体金属流变特性数值与上一时刻的数值相比较，判断其是否改变，如果是，则执行步骤(7)；如果否， 则执行步骤⑶；(7)所述多电弧电磁解耦装置调整所述焊枪控制系统和所述焊接参数控制系统；(8)所述多电弧电磁解耦装置维持所述焊枪控制装置和所述焊接参数控制装置不变，流程结束。其中，所述步骤(7)具体包括如下步骤a.所述多电弧电磁解耦装置根据维持上一时刻不变的所述熔滴几何尺寸和所述熔体金属流变特性数值，计算出新的焊接速度信号、焊接姿态信号、焊接电压信号和焊接电流信号，并分别传递给所述焊枪控制装置和所述焊接参数控制装置，b.所述焊枪控制装置根据新的焊接速度信号和焊接姿态信号，调节焊接速度和每个所述焊枪的焊接姿态；所述焊接参数控制装置根据新的焊接电压信号和焊接电流信号， 调节每个所述焊枪的焊接电压和焊接电流。c.重新执行步骤(2)至步骤(6)。本专利技术的有益效果是本专利技术实时检测焊接过程的各种物理信号，分析并解耦电弧信号，实时根据焊接过程中焊接结构空间位置的变化，计算出需要保持熔池一致性所需的焊接速度、焊枪姿态、 焊接电压和焊接电流，并加以调整相应参数，从而实现在焊接空间位置变化时的连续焊接， 保证了在空间任何位置和形状变化情况下，焊缝几何尺寸和焊接质量保持一致性，提高了焊接质量。附图说明图1是本专利技术提供的多丝焊接系统的结构示意图；图2是本专利技术提供的多丝焊接控制方法的流程图。图中1、焊接电源、2、多电弧电磁解耦装置、3、焊枪控制装置，4、焊接参数控制装置，5、焊缝跟踪传感器，6、焊接过程多信号采集装置，7、空间位置传感器，8、焊接参数检测装置、9、焊枪，10、焊丝，11、待焊工件。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述如图1所示，本实施例披露了一种针对大型复杂空间结构的多丝焊接系统，也可以称为针对大型复杂空间结构的焊接机器人，由焊枪9、焊丝10、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗震，李洋，袁涛，冯梦楠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：