[发明专利]一种窄间隙磁控摆动电弧焊缝表面形态自适应控制方法

说明书

本发明公开一种窄间隙磁控摆动电弧多层多道焊焊缝表面形态的自适应控制方法，它主要是以电弧电信号的变化来自动识别窄间隙焊缝表面特征；系统根据焊缝表面形态的变化，控制电弧摆动速度来形成平整的焊缝。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，电弧垂直于焊接方向，由传感器采集信号，通过动态监测电弧的弧压，然后通过比较弧长的大小，判断焊缝表面的变化，确定该处焊缝的表面状态，调整电弧摆动速度的快慢，实现焊缝表面平整度的自适应控制。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。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体的说是一种窄间隙焊缝焊缝表面表面形态的摆动电弧焊的自适应检测控制方法。

背景技术

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，因此，窄间隙焊缝的应用也越来越广泛。在常规窄间隙焊接过程中，常出现如侧壁不融合，焊缝成型不良等缺陷。这些缺陷在一些特殊行业(如在航空航天领域的厚板焊接)会产生巨大的危害。

为了解决侧壁不融合问题，多类传感器和技术方案得以应用。如专利号“201610216940.3”的“一种窄间隙焊接熔宽的自适应检测控制系统及方法”是利用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。北京工业大学的华爱兵等人通过研究横向旋转磁场来解决在窄间隙焊接过程中侧壁熔合不良的问题。上述研究均只解决了窄间隙焊接过程中所出现的侧壁未熔合，并没有解决焊缝成型不良问题。

由于坡口的状态和每道焊缝的交接处势必会出现凹凸不平。而在窄间隙坡口加工过程中，也不能做到坡口的绝对平整，而焊缝表面凹凸不平时会带来层与层之间的焊缝夹渣、焊缝不均匀等缺陷，势必会影响到焊缝的质量。因此，焊缝焊缝表面平整度的自适应控制对促进窄间隙焊接技术的发展具有重大意义。

张中亮等人利用移动焊炬来达到控制电弧扫描速度的目的。此方法并不能解决窄间隙焊接过程中的侧壁融合不良的问题。而本发明既能解决焊接过程中的出现的焊缝表面形态的自适应控制，又能解决窄间隙焊接过程中出现的侧壁不融合现象。

发明内容

本发明的目的在于解决在窄间隙多层多道焊中出现的坡口不平及焊缝出现凹凸不平导致焊接缺陷等问题。为了解决以上问题，本发明提供一种磁控窄间隙电弧焊接焊缝表面形态的自适应检测控制系统及方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先磁控电弧传感器控制电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：

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值区间信号，提取脉冲电弧电流数目特征值信号，求差得到焊缝凹凸偏差传感信号值ΔFS＝Fl-Fr；

③根据对凹凸偏差传感信号值ΔFS的正负判断实际凹凸情况，当ΔFS＞0时焊缝凹陷，当ΔFS＜0时焊缝凸起，当ΔFS＝0时焊缝平整；根据预先建立的凹凸偏差传感信号值ΔFS的大小与实际凹凸偏差ΔX 之间的近似线性关系，经输出转换后求得实际凹凸偏差ΔX的大小。根据实际凹凸偏差ΔX，调整磁场的频率。

假设电弧导体的质量为m、磁感应强B，K为阻力系数，ρ为电荷密度，V为运动速度，S为单位长度弧柱的迎风面积由此可得电弧的加速度为：

设此缺陷的长度为S，则在电弧扫描缺陷所需时间为：

因此，焊条单位时间熔覆量为H,则此缺陷缺陷的熔覆量M为：