[发明专利]一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法及设备

说明书

本发明公开了一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法及设备，属于焊接技术领域，解决了激光‑电弧复合焊接过程搭接焊缝熔深在线控制的问题。本发明一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、调整激光‑电弧复合焊枪姿态；S2、在送丝速度为Vsubgt;0/subgt;，焊接速度为Vsubgt;1/subgt;的条件下开始焊接；S3、在S2的焊接参数条件下开始焊接，获得数据集；S4、搭建深度学习模型；S5、在S2的焊接参数条件下开始焊接，实现对搭接结构焊缝熔深的在线控制。本发明将视觉传感结合深度学习模型的方法引入激光‑电弧复合焊接搭接焊缝过程中，实现了激光‑电弧复合焊接搭接焊缝熔深的实时控制。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法及设备。

背景技术

由于激光与电弧的协同效应，激光-电弧复合焊接充分利用两种热源的优势，能够显著提高电弧稳定性以及激光能量的吸收效率，降低工装装配精度要求，在有色金属及中厚板件的焊接领域具有广阔应用前景。

搭接焊缝是机械制造领域的一种典型焊缝形式，其特点是被连接件在接头处部分重叠，背部结构不要求完全熔透。由于搭接结构的焊缝熔深难以直接观测，无法获得实时的熔深数值，使焊缝熔深的在线控制难以实现。特别是焊接路径上板厚连续变化时，搭接结构对焊缝熔深的需求也在不断变化。因此，必须采取相关的解决措施以突破搭接结构激光-电弧复合焊接焊缝熔深稳定性控制难题。

目前，解决焊缝熔深控制难题的方法主要有两种：(1)在已知焊缝熔深需求情况下，根据焊缝熔深与热输入参量关系，人为对热源功率或焊接速度进行控制，但是这种方法很难大规模应用在焊接生产线上，且可靠性较低；(2)构建热源参数与焊缝熔深之间的回归模型，根据不同的焊缝深度需求变化规律，借助回归模型计算最佳的热源加工参数。中国发明专利申请号为201710798902.8的“变厚截面板激光焊接的熔深预测与控制方法及系统”提出建立激光功率与板厚的完全二次多项式回归模型，将不同位置处的板厚度值输入建立的回归模型中计算最佳激光功率。但是这种方法考虑的因素较少，建立回归模型的方法只能应用于特定的焊接条件。因此，需要寻求其他方法来实现焊缝熔深的精确控制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其目的在于：解决激光-电弧复合焊接过程搭接焊缝熔深在线控制问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，包括如下步骤：

S1、调整激光-电弧复合焊枪姿态，使电弧焊枪与基板夹角为θ₁，焊丝干伸长为d₁，焊丝端部与基板上激光束焦点的距离为d₂，激光束与电弧焊枪的夹角为θ₂，CCD相机的倾斜角度为θ₃，CCD相机镜头与熔池距离为d₃；

S2、在送丝速度为V₀，焊接速度为V₁的条件下开始焊接，令激光功率P从0开始逐渐增加，直至搭接焊缝完全熔透，记录此时最大激光功率P_max，沿着焊接方向将焊缝切开，观察上搭接板开始熔透位置，并记录此处的激光功率值P_min。在[P_min，P_max]区间内任意选取激光功率P₀为基础工作点；

S3、在S2的焊接参数条件下开始焊接，设定激光功率P₀由P_min逐渐增加到P_max，并打开CCD相机实时采集熔池正面图像，CCD相机采集帧率为f，将焊缝沿着焊接方向切开，从焊接起点位置处每隔2mm的距离测量焊缝熔深值d，并使用线性插值法计算每帧熔池正面图像对应的焊缝位置处的d值，使用d值对熔池正面图像进行标签，获得数据集；