[发明专利]双面双弧立焊近红外视觉传感与熔透控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弧焊熔透控制方法，特别是一种双面双弧立焊近红外视觉传感与熔透控制装置及方法。

背景技术

铝合金、低合金高强钢等螺旋管的焊接生产，是由带材经螺旋管生产线经开卷、校平、切边、成型、压紧、焊接、整圆等工艺制造形成螺旋管，焊接工艺是螺旋管制造的关键技术，焊接质量特别是“熔透”质量直接决定螺旋管焊接接头的力学性能，决定了螺旋管的承载能力。

目前钢螺旋管一般采用埋弧焊技术，依靠双面焊保证熔透，没有采用视觉传感，也未采用基于近红外视觉传感的熔透控制技术；铝合金螺旋管国内仅江苏金鑫电器和南京理工大学开展了铝合金螺旋管双面双弧焊接工艺的研究，铝合金螺旋管双面双弧熔透控制技术尚未见报道。舰船船体壳体分段和总段建造合拢焊接，现场操作采用立焊工艺，哈尔滨工业大学和锦西造船有限公司针对船体合拢研究了双面双TIG+MIG焊接技术，但未提出未研究基于近红外视觉传感的双面双弧视觉传感熔透控制方法和技术。

双面双弧焊接双面、双电弧同步同时加热，形成一个共同的熔池，焊接过程影响因素众多，工艺复杂，焊接热输入不足或加热位置不准，坡口根部会产生未熔合，造成未熔透，影响接头承载，焊接热输入过大，坡口根部发生烧穿，造成焊缝接头焊穿缺陷，焊接失败，焊接过程检测熔透信息，在线调整工艺参数保证双面双弧熔透质量，是螺旋管、舰船体立焊重要的技术方法。但是现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双面双弧焊近红外视觉传感与熔透控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种双面双弧立焊近红外视觉传感与熔透控制装置，包括近红外视觉内传感器、近红外视觉外传感器、屏蔽信号线、图像采集卡、计算机、内焊缝PTIG机头、内焊枪、外焊缝PTIG机头、外焊枪、校平装置、切边机、三点弯曲成形机；

切边机位于校平装置的前方，三点弯曲成形机位于切边机的前方，板带经校平装置校平后在切边机中刨边，最终经三点弯曲成形机加工成螺旋管；

内焊枪固定在内焊缝PTIG机头上，外焊枪固定在外焊缝PTIG机头上，内焊枪位于待焊接的螺旋管的内侧，外焊枪位于待焊接的螺旋管的外侧，内焊枪、外焊枪均对准待焊接的接缝正中，并且内焊枪、外焊枪同轴设置，二者的轴线与螺旋管待焊接点的法线重合，内焊枪上设置内焊枪钨电极，外焊枪上设置外焊枪钨电极，内焊枪钨电极和外焊枪钨电极的轴线重合；内焊枪上固连近红外视觉内传感器，近红外视觉内传感器的轴线与内焊枪的轴线呈35°～45°，外焊枪上固连近红外视觉外传感器，近红外视觉外传感器的轴线与外焊枪的轴线呈35°～45°，近红外视觉内传感器和近红外视觉外传感器的轴线均穿过熔池中心；近红外视觉内传感器上设置内传感器镜头，近红外视觉内传感器与内传感器镜头轴线重合，近红外视觉外传感器上设置外传感器镜头，近红外视觉外传感器与外传感器镜头的轴线重合，内传感器镜头和外传感器镜头均距熔池表面3-6cm；

近红外视觉内传感器、近红外视觉外传感器均通过屏蔽信号线与图像采集卡相连，将检测到的信号传输给图像采集卡，该图像采集卡同时与计算机相连。

一种基于上述双面双弧立焊近红外视觉传感与熔透控制装置的焊接质量控制方法，包括以下步骤：

步骤1、近红外视觉内传感器与近红外视觉外传感器实时双向连续传感熔池视觉图像，并将图像传输给图像采集卡；

步骤2、图像采集卡将熔池视觉图像传输给计算机，进行熔池视觉图像分区域轮廓曲线和特征参数提取，经加窗、中值滤波、边缘腐蚀细化处理后，获得熔池视觉图像外轮廓和熔池中心区域小孔的熔透轮廓图像；

步骤3、根据步骤2提取的熔池视觉图像外轮廓和熔池中心区域小孔的熔透轮廓图像，获得熔池外轮廓和熔池中心区域小孔的熔透轮廓特征的几何参数，具体包括熔池宽度B、熔池长度L、熔透小孔直径d、熔池面积S、后拖角β、熔透小孔圆度Δ_v和小孔面积的平均值s_v、最大直径d_m、与d_m同侧最大熔池宽度B_m、熔池长、最小直径d_i、与d_i同侧熔池宽度B_i；