一种窄间隙焊接熔宽的自适应检测控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开一种窄间隙摆动电弧焊熔宽自适应检测控制系统及方法，它主要是解决现有的窄间隙焊接熔宽不均匀时带来咬边、夹渣焊缝不均匀等缺陷。其技术方案要点是：在焊接过程中，摆动电弧传感器控制电弧摆动在坡口处扫描，由传感器采集信号，通过比较计算左右两边的脉冲数目，确定对中位置偏差，通过比较脉冲总数的大小，判断熔宽的宽窄变化，调整焊炬摆动振幅的大小，实现熔宽的自适应控制和焊枪自动对中。本发明检测算法简单，响应速度快，检测精度高，提高窄间隙摆动电弧焊的焊接稳定性，避免焊接缺陷。
【专利说明】
一种窄间隙焊接熔宽的自适应检测控制系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于焊接技术领域，具体的说是一种窄间隙焊缝熔宽的摆动电弧焊的自适应检测控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的大型化和高参数化，厚板和超厚板焊接金属结构的应用越来越广泛，厚板领域的纵缝和环缝的焊接也越来越多。窄间隙的熔宽的不均匀是由于窄间隙在加工、装配过程中的变形而导致的。熔宽不均匀时会带来咬边、夹渣焊缝不均匀等缺陷。由于窄间隙焊接的修补困难，所以熔宽的检测十分重要。
[0003]窄间隙电弧焊方法为了保证焊接坡口两侧获得均匀的熔透，需要保证焊炬与焊缝中心的对中，也就是要解决焊缝跟踪问题，而熔宽的检测又是焊缝跟踪技术之关键。对于熔宽不均匀而导致的焊接缺陷问题，受到普遍关注。采用电弧传感方法利用电弧自身作为传感器，通过一定算法直接从焊接电弧电信号中提取反映焊炬与对中中心偏差的信息，通过确定的对中中心，比较前后脉冲数目总数，确定熔宽的变化。从而控制摆动器自适应的调整摆动幅度，是焊接总处于最佳状态。
[0004]针对窄间隙焊缝熔宽检测方法。如:蒋力培等在“焊缝熔宽实时检测装置”(专利文献出版社)一文中，提出了一种双波长红外滤光片比色测温法的熔宽实时检测方法，其通过摄像机摄取一幅图像后，经转换成图像灰度数据送入计算机，计算机对图像进行滤波处理，计算近熔化区的温度分布，再经计算得到熔宽。但是易受环境因素影响，对于光亮或者抛光的金属表面的测温读数影响较大，对于电弧焊来说，难以保证在弧光的影响下测量结果的精确，使得测量结果产生误差，导致摆动弧度的不精确，自适应差，从而使焊缝出现较多的缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决现有的窄间隙熔宽不均匀导致焊接缺陷的问题，以及电弧焊对中等的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种窄间隙焊接熔宽的自适应检测控制系统及方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:首先电弧焊焊缝跟踪传感器控制电弧摆动以进行焊缝坡口扫描，由霍尔传感器采集原始信号，对原始信号进行硬件滤波处理；其特征在于包括以下步骤:
[0008]①通过电流传感器检测脉冲电弧的电流信号I和对中器信号，并在对该信号进行硬件滤波和脉冲整形等预处理后，输入计算机中；
[0009]②计算机根据脉冲电弧突变值区间信号，提取脉冲电弧电流数目特征值信号，以焊炬垂直位置为中点并分别计算脉冲电弧到坡口左侧壁期间的脉冲电流数目Fl和到坡口右侧壁期间的脉冲电流数目Fr，求差得到对中偏差传感信号值△ FS = Fl-Fr;
[0010]③根据对中偏差传感信号值ΔFS的正负判断实际对中偏差Δ X的方向，当Δ FS>0时对中右偏，当Δ FS<0时对中左偏，当Δ FS = O时对中无偏差;根据预先建立的对中偏差传感信号值A FS的大小与实际对中偏差△ X之间的近似线性关系，经输出转换后求得实际对中偏差Δ X的大小。
[0011]④在根据脉冲的两个相邻的突变峰值的间隔脉冲，计算脉冲数目，根据预先建立的脉冲数目N与实际焊缝熔宽Y之间的近似线性关系，判断熔宽的大小，通过比较Ni>Ni+l，当Ni>Ni + l时，熔宽变窄；当Ni<Ni+l时，熔宽变宽，当Ni=Ni+l，熔宽不变。并通过计算机控制马达操纵升缩杆调整焊枪摆动幅度，使焊枪自适应熔宽变化。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]适用性强。本发明适用于摆动电弧的窄间隙脉冲焊接，对于I形、U形的窄间隙坡口的熔宽具有良好的适应性。而且，本发明还适用于任何具有对称性坡口的非窄间隙脉冲焊接场合。
[0014]检测精度高。本发明通过比较计算电弧脉冲数目来检测对中偏差，在求得熔宽的脉冲数目与左右脉冲数，消除了电弧因熔宽的不均匀导致的对检测精度的影响。
[0015]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
【附图说明】
[0016]图1对中，熔宽检测系统框图
[0017]图2窄间隙焊接熔宽系统原理的结构图，图2中:1、熔池2、电弧3窄间隙坡口、4、导电嘴5、导电杆6、马达7、升缩杆8、弹簧9、焊丝10、馈电及转动装置11、送丝轮12、对中器13、定位装置14、熔宽摆动器15、脉冲焊接电源16、电流传感器
[0018]图3系统机构框图
[0019 ]图4电弧电流脉冲波形变化示意图，A图为对中无偏差的情况;B图为对中左偏;C图为对中右偏。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但不限定本发明。
[0021]1、如图2所示，焊丝经过导电杆后从导电嘴4的中心孔送出，脉冲焊接电源16通过馈电及转动装置10为焊接电弧2供电；焊接过程中，馈电及转动装置10驱动折弯导电杆5和导电嘴4，熔宽摆动器15带动电弧2在窄间隙焊接坡口内作一定半径的圆弧形摇动，形成焊接熔池I，实现摆动电弧窄间隙脉冲焊接，同时通过霍尔电流传感器17检测脉冲电弧电流I。
[0022]在上述摆动电弧焊接过程中，在左侧壁时，检测到一个大的电流信号，信号控制脉冲发生器发送直波，离开左侧壁后，脉冲发生器发射方波，在接收对中器信号后，脉冲发生器发射直波，离开后，继续发射方波，碰到右侧壁时，发射直波。
[0023]2、如图4所示，在对中无偏差情况(如图4，A图中实线波形所示)下，当电弧在坡口左侧壁处开始接触时，由于电弧电流强度与距离有关，此处电流信号会产生一个极大值，脉冲发生器发射直波，但当电弧离开坡口左侧壁处时，极大值消失，脉冲发生器继续发射方波;在电弧在移动到坡口右侧壁处时，极大值再次出现，此时为半个周期。因为焊接电流大小与距离有关，当距离最低时，电流强度最小，可由此作为判断焊缝左右两边距离的中间点，取焊炬垂直位置时为中间点，分别比较中间点两边脉冲数目，校正对中是否产生偏差，焊枪是否对中。
[0024]根据图4所示的电弧电流脉冲变化图可知，对中偏差与电弧电流脉冲数目变化之间存在关联性。在对中无偏差情况下，电弧在坡口左侧的脉冲数与在坡口右侧脉冲数相等，即其差值A FS = Fl-Fr = O;当对中出现右偏差时，电弧在一个运动半周期不同区间内的脉冲数目不同，相应地Δ FS = Fl-Fr >O;依次类推，当对中出现左偏差时，Δ FS = Fl-Fr <O。也就是说，通过计算A FS就可以检测出对中偏差。而每个半周期的对中脉冲总数Ni = Fl +Fr，下半个周期的总数为Ni+Ι。在熔宽不变的情况下，前后脉冲总数应相等，S卩Ni=Ni+l;当熔宽变窄的情况下，即Ni>Ni+l;当熔宽变的情况下，Ni〈Ni+l。
[0025]4、实现上述检测方法的检测系统原理，如图1所示。焊接过程中，电流传感器实时检测脉冲电弧电流I，经过硬件滤波和脉冲整形等信号预处理后，直接送入计算机进行处理。计算机对电弧电流脉冲信号进行分区，分别计算出一个周期内电弧在坡口左侧和右侧区域内的脉冲平均数目Fl和Fr，并以其差值AFS作为对中偏差传感信号;最后，利用事先建立的对中偏差传感信号A FS与对中偏差△ X之间的近似线性关系，经过输出变换后得到实际对中偏差A X，该传感信号△ FS与对中偏差△ X之间的近似线性关系，可由焊炬的移动速度A V与脉冲的间隔时间Λ t经多次试验后得出Δ X= Δ t* Δ FS* Δ V。当Δ X<0时，表示对中左偏；当Δ X = O时，表示对中无偏差(焊炬对中)；当Δ X> O时，则表示对中右偏。所述平均脉冲数目Fl和Fr，可以在电弧的一个运动周期内获得。图3所示检测方法，在对电弧电流信号采样时，仅检测脉冲电弧电流信号的数目，而且对中偏差检测算法简单，不涉及复杂繁琐的数据处理，提高了对中偏差检测的实时性。该方法适用于摆动电弧的窄间隙脉冲焊接，还可推广应用于任何具有对成性坡口的非窄间隙脉冲焊接场合。
[0026]5、以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种窄间隙焊接熔宽的自适应检测控制系统及方法，其系统由传感器、对中器、对中控制器、定位装置、熔宽控制器、熔宽摆动器，焊枪等几个模块组成;其中传感器安装在焊炬上，与焊缝上的对中器和对中控制器相连接;传感器又与定位装置连接，定位装置、熔宽摆动器、熔宽控制器相连接，控制焊枪熔宽振幅的摆动变化;通过对中控制器相连接，采用脉冲左右数目对比的方法，实现对中偏差的确定;通过定位装置，确保焊枪定位准确;通过熔宽控制器，对脉冲数目对比，实现熔宽的自适应控制和焊枪自动对中。2.一种窄间隙焊接熔宽的检测控制方法，其熔宽检测的对中部分，其特征在于:使摆动电弧传感器控制电弧摆动在窄间隙焊缝起始点坡口处由坡口左侧壁开始向坡口右侧壁处运动，然后回到左侧壁，此时为一个运动周期，在其过程中，通过熔宽摆动器上的定位装置将焊枪垂直位置设为中点，其特征包括以下步骤: ①通过电流传感器检测脉冲电弧的电流信号I，并在对该信号进行硬件滤波和脉冲整形等预处理后，输入计算机中； ②计算机根据脉冲电弧突变尖峰信号，提取脉冲电弧电流特征值信号，以焊炬垂直位置为中点并分别计算脉冲电弧到坡口左侧壁期间的脉冲电流Fl和到坡口右侧壁期间的脉冲电流Fr，求差得到对中偏差传感信号值AFS=Fl-Fr ; ③根据对中偏差传感信号值AFS的正负判断实际对中偏差Δ X的方向，当AFS >O时对中右偏，当AFS< O时对中左偏，当AFS=O时对中无偏差；根据预先建立的对中偏差传感信号值AFS的大小与实际对中偏差ΔΧ之间的近似线性关系，经输出转换后求得实际对中偏差A X的大小。3.根据权利要求1所述，窄间隙焊接熔宽的自适应检测方法，根据脉冲的两个相邻的突变峰值的间隔脉冲，计算脉冲数目，根据预先建立的脉冲数目N与实际焊缝熔宽Y之间的近似线性关系，判断熔宽的大小，通过比较Ni> Ni+1，当Ni> Ni+1时，熔宽变窄；当Ni<Ni+ 1时，熔宽变宽，当Ni=Ni+l，熔宽不变;并通过计算机控制马达操纵升缩杆调整焊枪摆动幅度，使焊枪自适应熔宽变化。
【文档编号】B23K9/127GK105834554SQ201610216940
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】洪波, 杨鹏昊, 庞争林, 李文强
【申请人】湘潭大学