[发明专利]一种基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法及装置

权利要求书

1.一种基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法，所诉焊接工艺为穿孔熔池焊接工艺，所述控制方法包括： 

实时监控焊接全过程的熔池区域和电弧形态； 

焊接过程中，根据实时观测到的电弧形态，通过旋转焊枪，保证焊接电弧与焊缝二分面重合，克服电弧在焊缝法平面上的偏斜导致的焊缝咬边和切割问题； 

焊接过程中，通过实现焊丝运动与焊枪运动的解耦，达到焊丝和焊枪分别控制的目的； 

焊接过程中，根据实时观测到的熔池位置，通过在焊缝法平面内横向左右平移焊枪，使其电弧移动至距离焊缝0到3mm的范围内，克服在不等厚板焊接或错边焊接中实时改变熔池位置，防止因为穿孔熔池偏离焊接位置导致咬边或切割问题的出现。 

焊接过程中，根据检测到的实时熔池形态，通过机头的俯仰控制焊枪在焊缝二分面内俯仰运动，调节焊枪行走角度，使其调节范围可在±45°，以解决在全位置焊接过程中由于重力方向改变导致的熔池流动方向改变问题，实现全位置焊接。 

2.根据权利要求书1所述的基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法，其特征在于：所述焊接工艺控制方法在厚板焊接中可以实现以下控制程序： 

焊接起弧前，焊枪和焊丝均达到距离焊缝0至10mm的范围内；焊接起弧穿孔过程中，焊丝保持原有位置不变，焊枪随熔池金属熔化，轴向伸缩调节至3到4mm的距离； 

焊接起弧穿孔完毕，焊丝保持原有位置不变，焊枪拉长至距离焊缝4到10mm位置，开始正常焊接过程。 

3.实现权利要求1所述的基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法的装置，其特征在于：其主要包括三位导丝调节机构（3），焊枪轴向伸缩调节机构（16），焊枪周向旋转调节机构（17），横向移动调节装置(15)，电弧视频监控系统，焊缝对中装置(18)，机头俯仰调节机构； 

所述三维导丝调节机构(3)由电机Ⅰ(39)安装在导丝连接板Ⅰ(38)，电机Ⅰ(39)通过联轴器Ⅰ(43)与丝杠轴Ⅰ(44)连接，导丝连接板Ⅱ(41)与丝杠轴Ⅰ(44)啮合，同时其上的燕尾滑槽与导丝连接板Ⅰ(38)上的燕尾槽配合，电机Ⅱ(42)安装在导丝连接板Ⅱ(41)的一端，电机Ⅱ(42)的轴与导丝调节齿轮(37)通过螺丝(35)和垫圈(36)连接在一起，连接板Ⅲ(32)上的齿条与导丝调节齿轮(37)啮合，同时连接板Ⅲ(32)的燕尾滑轨与导丝连接板Ⅱ(41)上的燕尾滑道配合，电机Ⅲ(31)安装在连接板Ⅲ(32)，联轴器Ⅲ(40)将电机Ⅲ(31)轴端与丝杠轴Ⅲ(34)连接起来。丝杠轴Ⅲ(34)与导丝嘴连接块(33)配合啮合，导丝嘴连接块(33)的燕尾滑轨与连接板Ⅲ（32）另一端的燕尾滑道配合； 

所述焊枪轴向伸缩调节机构（16）由等离子焊枪（1）的枪柄穿过机架Ⅱ（13）的两个安装孔，同时旋转齿轮Ⅰ（28）固定在枪柄上，支撑架（27）中心孔与等离子焊枪（1）的枪柄固定配合，支撑架（27）的一端与直线导轨Ⅰ（6）、Ⅱ（26）固定在一起，直线导轨与滑块Ⅰ（12），Ⅱ（14），Ⅲ（8），Ⅳ(7)结合，滑块Ⅰ(12)，Ⅱ(14)，Ⅲ(8)，Ⅳ(7)固定在机架Ⅰ(22)的内部。电机Ⅳ(25)固定在机架Ⅱ(13)的一端， 通过联轴器Ⅳ(24)将电机Ⅳ(25)的轴端和丝杠轴Ⅳ(23)连接，丝杠轴Ⅳ(23)与支撑架(27)一端的螺纹孔配合； 

所述焊枪周向旋转调节机构(17)由电机Ⅴ(30)安装在支撑架(27)另一端安装孔中，电机Ⅴ(30)的轴端与旋转齿轮Ⅱ(29)固定在一起，旋转齿轮Ⅱ(29)与旋转齿轮Ⅰ(28)啮合在一起，实现焊枪顶端的电弧旋转调节； 

所述横向移动调节装置(15)由电机Ⅵ(51)，传动丝杠(55)，导向光杆Ⅰ(49)、Ⅱ(56)，横向支架(48)，传动皮带轮Ⅰ(52)、Ⅱ(54)，同步齿形带(53)和横向连接块(50)组成，电机Ⅵ(51)安装在横向支架(48)，电机Ⅵ(51)的轴端连接传动皮带轮Ⅰ(52)，同步齿形带(53)将传动皮带轮Ⅰ(52)与传动皮带轮Ⅱ(54)啮合传递运动，传动皮带轮Ⅱ(54)与传动丝杠(55)连接，传动丝杠(55)安装在横向支架(48)，导向光杆Ⅰ(49)、Ⅱ(56)安装在横向支架(48)上平行于传动丝杠(55)，横向连接块(50)的中间螺纹孔与传动丝杠(55)啮合，其两端的导向孔与导向光杆Ⅰ(49)、Ⅱ（56）配合实现滑动配合，横向连接块(50)最后固定在机架Ⅱ（13）上，实现焊接专用机头的横向移动调节； 

所述电弧视频监控系统，由两部分组成电弧视频监控装置Ⅰ和电弧视频监控装置Ⅱ分别位于电弧的上端和下端两侧，能够观察到电弧上端和下端的形态。电弧视频监控装置Ⅰ有电弧视频监控摄像装置Ⅰ（19）安装在柔性支架Ⅰ（20）的顶端，最后通过L型连接板Ⅰ(21)固定在机架Ⅰ(22)；电弧视频监控装置Ⅱ由电弧视频监控摄像装置Ⅱ（11）安装在柔性支架Ⅱ（10）的顶端，最后通过（L）型连接板Ⅱ （11）固定在机架Ⅱ（13）上。 

所述焊缝对中装置（18），由焊缝对中led灯（45）安装在角度调节块（46）的夹紧孔中，角度调节块（46）通过铰连接与支撑杆（47）连接在一块。 

所述机头俯仰调节机构，通过横向支架（48）上面的定位孔，自动旋转横向支架（48）通过圆形阵列定位孔，实现固定专用机头的角度改变。 

综上所述横向移动调节装置(15)上的横向连接块50与机架Ⅱ13一端通过螺栓连接，焊枪周向旋转调节机构(17)三维导丝调节机构(3)焊枪轴向伸缩调节机构（16）都安装在机架Ⅱ13与机架Ⅰ22构成的外壳腔体内，其中等离子焊枪1安装在机架Ⅱ13上并且可以在其上的安装孔中可以进行旋转运动和伸缩滑动，轴向伸缩和周向旋转机构通过支撑架27安装在直线导轨Ⅰ6、直线导轨Ⅱ26上，并通过与他们连接的滑块Ⅰ7、滑块Ⅱ8、滑块Ⅲ12、滑块Ⅳ14固连在机架Ⅰ22上形成内部的有机整体，电弧视频监控装置Ⅰ与电弧视频监控装置Ⅱ、焊缝对中装置（18）分别安装在机架Ⅰ22、机架Ⅱ13的外壳上。