[發明專利]一種應用于窄間隙焊接控制焊槍擺動模式的磁控等離子弧焊焊接控制方法

有效

• 申請號: 202010056791.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111203620B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 洪波;熊昊;林健;向垂悅;秦子濠
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B23K37/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種應用于窄間隙焊接控制焊槍擺動模式的磁控等離子弧焊焊接控制方法，其特征在于：該控制方法主要由磁控可調電弧擺動模式窄間隙焊槍、脈沖信號發生器、弧焊電源、焊接電壓傳感器、比較器組成的窄間隙焊接控制系統實現，首先判斷焊槍是否臨近側壁，其步驟如下：

步驟1：焊槍附帶的相位式激光測距傳感器的預判，首先通過調制信號對發射光波的光強進行調制，利用測定調制光往返于被測距離的相位差，間接計算出兩側壁焊縫底部夾角處與焊槍之間的距離R，計算公式如下：，其中：c為調制光的傳播速度；t為調制光在待測距離往返所需要的時間；φ為調制光在距離為2R上的相位差；f為調制光的頻率；λ為調制光的波長；

焊槍在側壁A、B間進行來回的周期擺動，可計算得A、B兩側壁和焊縫底部夾角處與相位式激光測距傳感器的距離R₁、R₂，R₁＞R₂時，焊槍處于坡口中心線右邊，即焊槍向右運動，R₁＝R₂時，焊槍處于坡口中心線處，R₁＜R₂時，焊槍處于坡口中心線左邊，即焊槍向左運動，通過步驟1可以得知焊槍移動的方向以及與側壁之間的距離，預判焊槍是否臨近側壁；

步驟2：焊槍附帶的電弧傳感器的跟蹤，在焊槍擺動對窄間隙坡口進行焊接時，在擺動到兩端和中央，由于電弧長度發生變化，焊接電流強度也隨之變化，電弧傳感器可檢測到焊接電流的變化，進而可計算出噴嘴到工件之間的距離L，得到的L采用積分比較法對擺動左右區間的弧長積分大小判斷偏差，在進行多道焊時，以焊槍的中心線為界，對左右兩邊分別采集相同數目的弧長并累加后相減，得出反映焊縫偏移情況的信號，焊槍在坡口中間位置進行焊接，左右采集相同數目的弧長，累加后相減得其差值為零，即S_L＝S_R，S為對采取一定數目弧長的積分，在圖中可表現為邊緣點連線與坐標軸所圍成面積大小，焊槍擺動焊接至側壁，會慢慢出現S_L≠S_R的現象，通過步驟2可進一步判斷焊槍是否臨近側壁；

步驟3：電弧電壓信號的比較，焊槍在側壁A、B間進行一個來回的周期擺動，通過焊接電壓傳感器對電弧電壓大小進行實時采集，得到一個最大電壓值，因電弧沿其長度方向分為三個區域：陽極區、陰極區與弧柱區，陰極區與陽極區的寬度幾乎可忽略不計，故電弧長度可以視為近似等于弧柱區的長度，沿電弧長度方向的電位分布不均勻，在陽極區與陰極區電位分布曲線斜率很大，而在弧柱區電位分布曲線則較平緩，總的電弧電壓U可表示如下：，其中U_x為陰極壓降，U_y為陽極壓降，U_z為弧柱壓降；因為陽極壓降基本不變可視為常數，陰極壓降在一定條件下基本上也是固定的數值，弧柱壓降則在一定氣體介質下與弧柱長度成正比，即電弧電壓主要由電弧長度來決定，電弧長，電弧電壓高，反之則低；電弧在窄間隙焊接過程中，電弧電壓大小與電弧的有效長度成正比，電弧長度在側壁和焊縫底部夾角處與噴嘴連線處最長，即電弧電壓值最大，將得到的最大電壓值預先設置為電壓U_max；通過焊接電壓傳感器對實時焊接電壓的采集，比較器對采集電壓U_t與U_max的比較，判斷焊槍是否臨近側壁；

綜合上述步驟1、2、3，在判定焊槍臨近側壁后，經由上位機顯示并反饋給脈沖信號發生器，改變磁場強度使電弧擺動幅度為起始電弧擺動幅度的1/2，將焊槍擺動調節為一進一停一退、迅速一進一停一退的模式，使焊接電弧實現在側壁短暫停留，然后沿相反焊接方向退到單道焊縫焊寬的八分之一處，再迅速沿原焊接方向進到側壁并短暫停留，緊接著回到焊縫中心點O所在直線進行下一道焊縫的焊接，當焊槍運動到另一側壁時，進行相同的焊接路徑規劃，以此保證焊縫在兩側壁熔透。