[發明專利]一種施加自適應平峰脈沖信號的窄間隙焊接控制方法

有效

• 申請號: 201610728761.8
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN106238867B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 洪波;雷偉成;曹源源;唐明;賈愛亭
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/022
• 分類號: B23K9/022;B23K9/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種施加自適應平峰脈沖信號的窄間隙焊接控制方法。

背景技術

隨著中國制造2025的提出，焊接技術的要求也在逐步提高，要使市場競爭力得到有效提高，當務之急是提高焊接的自動化和智能化。窄間隙焊接在厚板、超厚板焊接金屬結構的應用也愈來愈廣泛，特別是造船、核電、鍋爐等行業對厚板、厚管、超厚板需求越來越多，隨著焊接結構的大型化，要求得到越來越良好的焊接接頭性能。而窄間隙焊接時，因焊接線能量小、熔敷效率高、焊接接頭性能強等特點，但對厚管、厚板進行窄間隙焊接時，往往會出現坡口側壁未熔合問題。

目前針對側壁融合的問題，常用窄間隙焊接方法有以下幾種：一、雙絲焊接時，焊絲分別朝向兩側壁；二、單絲焊接時，坡口內的焊槍偏擺；三、彎曲焊絲并沿中心軸軸向旋轉；四、通過波浪曲線焊絲焊接；五、通過麻花彎曲焊絲焊接；而以上方法解決焊縫側壁熔合不良的問題，均通過機械運動部件來改變焊絲的形狀或者是焊絲的運動形態，在焊接過程中，智能化和自動化不高，極易造成機械部件磨損，機械過熱、噪音過大，壽命過短等問題。

發明內容

本發明的目的是解決窄間隙焊接中所出現的側壁熔合不良的問題，改善窄間隙焊接質量，提高窄間隙焊接效率，提出一種施加自適應平峰脈沖信號的窄間隙焊接控制方法。

本發明的目的是通過如下的技術方案來實現的：如圖1所示，施加自適應平峰脈沖信號的窄間隙焊接方法由智能擺動調節器、自適應側壁熔合控制器、窄間隙功放電路、平峰波形電路、勵磁裝置、弧焊電源、電子式電流互感器、變頻功率傳感器組成的窄間隙焊接系統來實現，利用電子式電流互感器和變頻功率傳感器對輸出信號進行檢測和采集數據；根據采集信號，通過智能擺動調節器和自適應側壁熔合控制器的處理、分析，然后智能地調節勵磁裝置的平峰脈沖信號，實現窄間隙側壁熔合。

智能擺動調節器包括智能信號處理模塊、智能擺動調節模塊和反饋模塊；通過智能信號處理模塊實時對擺動電弧信號進行半周期采樣處理，采用加速度變化率法實時檢測位于窄間隙側壁的擺動電弧，當電弧未擺動至Ⅱ或Ⅲ處時，利用智能擺動調節模塊對窄間隙功放電路進行調節，實現平峰電壓脈沖信號的實時變化，一旦脈沖信號的改變，會影響電弧的擺動，通過反饋模塊作用于智能擺動調節模塊，形成閉環調節方式，最終保證電弧穩定地擺動至窄間隙側壁Ⅱ或Ⅲ處。

自適應側壁熔合控制器包括功率補償模塊、線能量處理模塊、線能量采樣分析模塊以及自適應側壁熔合控制模塊；通過功率補償模塊、線能量處理模塊對變頻功率傳感器的輸出信號進行功率補償、信號處理，輸送至線能量采樣分析模塊進行側壁Ⅱ或Ⅲ處區域的八分之一采樣分析，利用自適應側壁熔合控制模塊對平峰波形電路進行智能控制，最終控制擺動電弧的熱輸入能量達到窄間隙側壁熔合的要求，達到窄間隙側壁熔合的目的。

窄間隙焊接時，焊接電弧受到平峰磁場的洛倫磁力作用而平峰式擺動，首先利用電子式電流互感器采集電流信號，系統通過處理得到加速度斜率和設置閾值后，根據加速度斜率最大值的連續對比，識別電弧是否擺動至窄間隙側壁Ⅱ和Ⅲ處，如未到達，則智能擺動調節器連續調節平峰電壓脈沖信號，使擺動電弧穩定地擺動至窄間隙側壁；反之，則跳出閉環反饋調節，即利用變頻功率傳感器采集的功率信號，根據焊接線能量比值判斷側壁熱輸入量是否滿足側壁熔合條件，如未達到要求，則通過自適應側壁熔合控制器控制平峰時間脈沖信號，使擺動電弧輸入至側壁的熱輸入能量快速滿足側壁熔合條件，當下一次半周期電流信號的到達時，重復上述步驟，直至系統每次調控都滿足側壁熔合條件，達到窄間隙焊接側壁熔合。

由于電弧是等離子體，因此它將受到外界磁場對其的作用力。當磁場磁力線垂直通過電弧軸線且平行于焊接方向時，此時加的是橫向磁場，由此產生擺動電弧，而磁場是有變化的電場所產生，勵磁裝置在通有變化的電流信號時，能夠得到變化的電場，采用麥克斯韋方程對磁場中的電弧進行分析，可以得到焊接電弧在磁場中的受力和運動情況，具體麥克斯韋方程組形式如下：

兩個輔助方程

J＝σE B＝μH

其中各物理參數如下：E為電場強度矢量，單位為V/m；B為磁通密度矢量，單位為Wb/m²；H為磁場強度矢量，單位為A/m；D為電位移矢量，單位為C/m²；J為傳導電流密度矢量，單位為A/m²；ρ為電荷體密度，單位為C/m³；σ為磁導率；μ為電導率。