[发明专利]一种磁控摆动等离子电弧熔宽的调节控制方法

说明书

一种磁控摆动等离子弧熔宽的调节控制方法，将等离子弧焊与磁控摆动电弧两种技术融合，发明了一种利用可调励磁线圈匝数装置控制励磁线圈匝数的增加或减少来达到熔宽精确调节的控制方法。其技术方案要点是：通过一系列的方式获得焊缝熔宽的宽窄信息后，经由传感器接受信号，并对可调励磁线圈装置通电去实现熔宽宽或窄时的励磁线圈匝数的改变，进而通过电流传感器观察励磁电流的变化，最后由执行机构通过对等离子弧摆幅的调整达到对熔宽的精确调节。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体的说是用于电弧增材制造方面上的一种磁控摆动等离子电弧熔宽的调节控制方法。

背景技术

等离子弧与自由电弧的物理本质相同，目前磁控自由电弧的技术已趋成熟，结合焊接参数制作的电弧传感器在焊缝跟踪方面也已经取得很多成果。近些年在自由电弧焊接的基础上发展起来了一种等离子焊。等离子焊通过机械压缩将电弧柱的横截面减小，加上水冷作用，磁收缩作用，使得电弧的弧柱收缩，具有能量高、挺度大、焊接速度快等特点。

两者不足之处在于：自由电弧的弧柱区比较散，一般呈现钟罩状，能量不够集中、温度较低、挺度比较小；而等离子焊对弧柱区约束太多，形成的等离子弧挺度大，不易控制，单纯利用自由电弧的相关焊接参数难以有效进行焊缝跟踪与熔宽的有效控制。

增材制造概念的提出始于20世纪80年代后期，我国则于90年代初开始研究。经过短短20余年的时间，这一技术已取得了飞速发展，在航空航天、微纳制造、生物医学工程等诸多领域的应用前景十分广阔。电弧增材制造中的熔宽是关系到焊接质量的一个重要参数。研究控制熔宽，对于增材制造自动化、智能化发展意义重大。

因熔宽不均匀而导致的焊接缺陷问题，一直以来受到普遍关注。针对如何解决熔宽不均匀这一问题，如“杨鹏昊提出的一种窄间隙焊接熔宽的自适应检测控制系统及方法，通过检测出熔宽不均匀即熔宽的宽窄变化这一焊缝信息后，用比较脉冲总数大小的方式，调整焊炬摆动振幅的大小，实现熔宽的自适应控制。”此方法确实能够提高电弧焊的焊接稳定性，在检测到熔宽宽窄信息之后，通过计算机控制马达操纵升缩杆调整焊枪摆动幅度，使焊枪自适应熔宽变化，但是对于熔宽的均匀程度的调节，做的不够到位，通过机械操纵难免会产生熔宽调整的巨大误差并没有实时数据能够表现出对于熔宽宽窄变化的一个精确调节；还有就是李林提出的磁控摆动电弧埋弧焊跟踪系统的电弧运动学及熔宽的研究也考虑到了许多影响熔宽的焊接参数，比如励磁线圈匝数，励磁电流，励磁频率，焊接电流，焊接速度以及电弧电压等等，这些焊接参数都会对熔宽产生巨大影响，为此李林也做了这些焊接参数的数学模型仿真，证实了这些参数对熔宽会有影响的可能性。而本发明是采用一种磁控摆动等离子弧的方式，通过一系列的方法得知熔宽宽窄变化之后，根据预先设立的励磁线圈匝数和熔宽之间的函数关系，通过调节励磁线圈匝数，最终影响等离子弧的摆幅去实现更精确的调节熔宽宽窄的变化。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的在增材制造方向上熔宽不均匀导致焊接缺陷的问题以及对熔宽均匀程度的精确调节，本发明提供了一种磁控摆动等离子弧熔宽的调节控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先，将焊枪在一个外接横向交变磁场下进行焊接，磁控电弧传感器控制电弧摆动以进行焊缝坡口扫描，以电弧从焊炬中心开始摆动到坡口最右侧壁后再摆动到坡口最左侧壁，最后回到焊炬中心作为一个周期，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；首先进行焊炬的对中以及熔宽宽窄信号的检测，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，通过一系列的方式获取到了熔宽的宽窄信息变化，然后由计算机传送信号至焊枪上的传感器上。其特征在于包括以下步骤：

步骤一：