[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

本發明涉及公開了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，該方法主要由磁控可調擺動模式窄間隙焊槍和脈沖信號發生器組成的窄間隙焊接控制系統實現。使用磁控可調擺動模式窄間隙焊槍附帶的相位式激光測距傳感器、CCD圖像傳感器、電弧傳感器對焊縫層次、位置及熔池形態進行智能監控與測算，結合電壓傳感器、比較器進行分析比較，綜合判定焊槍臨近側壁后，調節勵磁裝置，使磁控可調擺動模式窄間隙焊槍按照設定擺動模式及軌跡進行焊接，解決窄間隙焊接側壁熔合情況不佳的問題并實現多層多道焊焊道規劃。

技術領域

本發明屬于焊接自動化技術領域，尤其是涉及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。

背景技術

由美國Battelle研究所開發的窄間隙焊接是一種高效節能的焊接技術，可以大幅度減小焊縫的橫截面積，降低焊縫金屬的填充量，通過較小線能量實現較高的生產效率，具有熱輸入量小，熔池冷卻速度快，焊縫組織細小，韌性高等優點，并且“板厚效應”明顯，即板厚越大，成本節約效果越顯著。故在國內外大型結構的中厚板焊接上得到越來越廣泛的應用，在核電、航天、造船、橋梁、建筑等領域有著廣闊的應用前景。

側壁熔合是窄間隙焊接過程中面臨的問題之一，而磁控電弧可以在一定程度上解決側壁未熔合，施加的磁場形式有橫向磁場、縱向磁場、旋轉磁場、尖角磁場等。由適當調節磁場強度、磁場頻率，使在窄間隙焊接中得到足夠的側壁熔深成為現實。

窄間隙焊接的焊接坡口深而窄，通常采用多層單道焊或多層多道焊，兩側壁角度小、焊縫狹窄對電弧擺動精度控制要求嚴格，從而提高對電弧信號的提取和偏差的識別以及焊層、焊道的規劃難度。提出并研究新的窄間隙焊縫坡口特征的檢測和識別方法，開發適用于復雜工況的窄間隙智能焊接系統，對提升焊縫質量并推廣其在重大結構件焊接中的應用，意義重大。

發明內容

本發明的目的是克服上述窄間隙焊接過程中的難點，提供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，得到側壁熔透的窄間隙焊縫并對焊層、焊道進行實時監控與規劃。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

該焊接控制方法主要由磁控可調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。該方法使用的磁控可調擺動模式窄間隙焊槍整體結構呈扁平狀，因此可以自由進出窄間隙焊縫，通過焊槍附帶的相位式激光測距傳感器、電弧傳感器、CCD圖像傳感器對當前所焊焊縫層次、位置及熔池形態進行智能監控，根據所得的焊縫信息實現窄間隙焊接多層多道焊的路徑規劃。首先判斷磁控可調擺動模式窄間隙焊槍是否臨近側壁，然后通過上位機顯示，反饋給脈沖信號發生器，通過調節勵磁裝置的脈沖信號的幅度、寬度，調整焊槍在即將到達側壁時的等離子弧運動軌跡，解決窄間隙焊接側壁熔合情況不佳的問題。

其中判斷磁控可調擺動模式窄間隙焊槍是否臨近側壁的步驟如下：

步驟1：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,利用測定調制光波往返于被測距離的相位差,間接計算出兩側壁和焊縫底部夾角處與焊槍之間的距離R。

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：電弧傳感器的跟蹤