窄間隙焊縫偏差的脈沖電弧傳感檢測方法技術

本發明專利技術公開一種窄間隙焊縫偏差的脈沖電弧傳感檢測方法，使脈沖電弧在窄間隙坡口內作擺動或往復式圓弧形搖動，并在窄間隙坡口內形成坡口左側壁停留區間、由坡口左側壁向右側壁運動區間、坡口右側壁停留區間、由坡口右側壁向左側壁運動區間，通過電流傳感器檢測脈沖電弧的電流信號，計算機根據脈沖電弧停留區間信號提取脈沖電弧電流頻率信號，并分別計算脈沖電弧在坡口左側壁停留期間的平均脈沖電流頻率和在坡口右側壁停留期間的平均脈沖電流頻率和求差，根據差值的大小和正負判斷實際焊縫偏差的大小和方向；本發明專利技術在對電弧電流信號采樣時僅檢測脈沖電弧電流信號的頻率值，焊縫偏差檢測算法簡單，響應速度快，檢測精度高。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開一種，使脈沖電弧在窄間隙坡口內作擺動或往復式圓弧形搖動，并在窄間隙坡口內形成坡口左側壁停留區間、由坡口左側壁向右側壁運動區間、坡口右側壁停留區間、由坡口右側壁向左側壁運動區間，通過電流傳感器檢測脈沖電弧的電流信號，計算機根據脈沖電弧停留區間信號提取脈沖電弧電流頻率信號，并分別計算脈沖電弧在坡口左側壁停留期間的平均脈沖電流頻率和在坡口右側壁停留期間的平均脈沖電流頻率和求差，根據差值的大小和正負判斷實際焊縫偏差的大小和方向；本專利技術在對電弧電流信號采樣時僅檢測脈沖電弧電流信號的頻率值，焊縫偏差檢測算法簡單，響應速度快，檢測精度高。【專利說明】
本專利技術屬于焊接
，特指一種，尤其涉及搖動式和擺動式窄間隙脈沖電弧焊接的焊縫偏差檢測。
技術介紹
窄間隙電弧焊是一種適用于金屬厚板的高效高質量焊接方法，能夠大幅減少焊縫截面積，降低焊接熱輸入，提高焊接效率和焊接接頭性能。窄間隙電弧焊接方法有直流電弧焊工藝和脈沖電弧焊工藝之分，其中脈沖電弧焊工藝可明顯提高電弧挺度和焊接過程穩定性，減低焊接熱輸入，特別適用于高強鋼和空間位置的焊接場合。窄間隙電弧焊方法雖然在厚板焊接中優勢明顯，但也有其自身的技術難點。一是，為了獲得足夠的坡口側壁熔透，需要采用特殊的焊接設備和電弧運動控制技術，如:利用脈沖電流、電弧搖動、電弧擺動、電弧旋轉、多絲多電極等工藝技術，可以較好地解決窄間隙焊接時坡口側壁不易熔合的問題；二是，為了保證焊接坡口兩側獲得均勻的熔透，需要保證焊炬與焊縫中心的對中，也就是要解決焊縫跟蹤問題，而焊縫偏差傳感檢測又是焊縫跟蹤技術之關鍵。焊縫偏差的傳感檢測方法，常用的有三大類:機械接觸式、視覺式和電弧傳感式。其中，電弧傳感方法利用電弧自身作為傳感器，通過一定算法直接從焊接電弧電信號(電弧電流或電弧電壓)中提取反映焊炬與焊縫中心偏差的信息，具有非接觸、低成本、在焊接區域不需要附加傳感裝置、不受弧光和飛濺干擾等突出優點，受到了特別的關注。針對直流電弧焊接工藝，基于積分差值法的焊縫偏差電弧傳感檢測方法較為有效。如:王加友等在“窄間隙焊縫跟蹤電弧傳感方法及特性研究”(江蘇科技大學學報(自然科學版)，2007年第6期)一文中，提出了一種針對高速旋轉電弧焊接工藝的窄間隙焊縫跟蹤電弧傳感檢測方法，其通過計算電弧旋轉中心前點兩側一定區域內電弧電流信號的積分差值，能夠有效地檢測出焊縫偏差。但是，對于脈沖電弧焊接工藝來說，難以保證在電弧運動軌跡中點兩側的電弧電流脈沖狀態完全一致，使得電弧到達坡口左右兩側壁時的電弧電流脈沖狀態可能不同(可能處于脈沖峰值電流期、也可能處于基值電流期)，導致即使在相同焊縫偏差下，每次檢測到的相同特定區間電弧電流的積分差值可能差別較大，從而引起較大檢測誤差，因此積分差值法一般不適合脈沖電弧傳感檢測的場合。為了提高焊縫偏差的脈沖電弧傳感檢測精度，尹力在其碩士學位論文《旋轉電弧脈沖GMAW焊焊縫跟蹤系統的研究》(湘潭大學碩士學位論文，2007年5月)中，提出了一種包絡線取值法，其通過對脈沖電流信號進行提取包絡線處理，獲取包絡線脈沖電流峰值和谷值，并結合有限削波處理，來提取V形坡口的焊縫偏差信息。其缺點是:需要通過A/D轉換對整個電弧電流信號進行采樣，計算程序復雜，檢測時間長，檢測的實時性和精度都會受到影響；而且，僅適用于旋轉電弧的V形坡口焊接場合，不適用于電弧在坡口兩側有停留的搖動(或擺動)電弧窄間隙焊接。
技術實現思路
針對現有焊縫偏差電弧傳感檢測技術存在的不足，本專利技術提出一種適用性強、檢測精度高、實時性好的，以便為脈沖電弧窄間隙焊接過程監測和焊縫自動跟蹤控制提供實時可靠的信息。本專利技術提出的的技術方案是:使脈沖電弧在窄間隙坡口內作擺動或往復式圓弧形搖動，并在窄間隙坡口內形成坡口左側壁停留區間、由坡口左側壁向右側壁運動區間、坡口右側壁停留區間、由坡口右側壁向左側壁運動區間，包括以下步驟: ①通過電流傳感器檢測脈沖電弧的電流信號ia,并在對該信號進行硬件濾波和脈沖整形等預處理后，直接送入計算機； ②計算機根據脈沖電弧停留區間信號提取脈沖電弧電流頻率信號，并分別計算脈沖電弧在坡口左側壁停留期間的平均脈沖電流頻率A和在坡口右側壁停留期間的平均脈沖電流頻率4，求差得到焊縫偏差傳感信號值AFs;Fl-Fr ； ③根據焊縫偏差傳感信號值AFs的正負判斷實際焊縫偏差JZ的方向，當J > O時焊縫右偏，當J & < O時焊縫左偏，當J Fs=O時焊縫無偏差；根據預先建立的焊縫偏差傳感信號值AFs的大小與實際焊縫偏差之間的近似線性關系，經輸出轉換(15)后求得實際焊縫偏差J Z的大小。本專利技術與現有技術相比，其優點和有益效果是: I)適用性強。本專利技術適用于搖動電弧和擺動電弧的窄間隙脈沖焊接，對于I形、U形、V形底的窄間隙坡口具有良好的適應性。而且，本專利技術還適用于任何具有對成性坡口的非窄間隙脈沖焊接場合。2)響應速度快。本專利技術在對電弧電流信號采樣時，僅檢測脈沖電弧電流信號的頻率值，不需要A/D轉換環節，而且焊縫偏差檢測算法簡單，不涉及復雜繁瑣的數據處理，提高了焊縫偏差檢測的實時性。3)檢測精度高。本專利技術通過計算特定電弧運動區間內的平均脈沖頻率差值來檢測焊縫偏差，在求取平均脈沖頻率時僅計算完整電流脈沖的頻率值，消除了電弧剛到達坡口左右側壁時電流脈沖狀態不一致對檢測精度的影響。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。【專利附圖】【附圖說明】圖1為窄間隙脈沖焊接系統原理框圖；其中，圖1 (a)為搖動電弧窄間隙焊接系統原理圖，圖1 (b)為擺動電弧窄間隙焊接原理圖。圖2為電弧搖動(或擺動)過程中電弧電流的脈沖波形和瞬時脈沖頻率變化示意圖；其中，圖2 Ca)為電弧電流瞬時脈沖頻率變化示意圖，圖2 (b)為電弧電流脈沖波形變化示意圖。圖3為焊縫偏差的電弧電流平均脈沖頻率檢測方法原理圖；其中，圖3 (a)表示焊縫無偏差情形的原理圖，圖3 (b)表示焊縫右偏情形的原理圖。圖4為焊縫偏差檢測系統框圖。圖5為不同焊縫偏差下電弧電流瞬時脈沖頻率變化圖；其中，圖5 (a)表示電弧搖動過程中電弧電流瞬時脈沖頻率變化情況圖，圖5 (b)表示電弧搖動區間與電機控制信號之間的相位關系圖。圖6為脈沖電弧傳感器的輸入/輸出特性圖。圖1中:1 一熔池；2—電弧；3—窄間隙坡口 ；4一導電嘴；5—導電桿；6—焊絲；7—饋電及轉動裝置；8—送絲輪；9一脈沖焊接電源；10—圓弧形搖動軌跡；11 一電流傳感器；ia 一脈沖電弧電流。圖2中:/；一電弧電流瞬時脈沖頻率Za—電弧在坡口左側停留開始一電弧在坡口左側停留結束Wa—電弧在坡口右側停留開始一電弧在坡口右側停留結束Ws—電弧搖動(或擺動)中心一時間 。圖3中，Z7—電弧電流平均脈沖頻率；G—電弧在坡口左側停留區間的平均脈沖頻率Fl和電弧在坡口右側停留區間的平均脈沖頻率Fr的差值。圖4中，12—信號預處理；13—計算機；14一電弧停留區間信號；15—輸出轉換；^X一焊縫偏差； 圖5中，DIR一電機轉動方向信號，CP一電機運行狀態信號。【具體實施方式】如圖1 (a)所示，焊絲6經過折彎導電桿5后從導電嘴4的中心孔送出，脈沖焊接電源9通過饋電及轉動裝置7為焊接電弧2供電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種窄間隙焊縫偏差的脈沖電弧傳感檢測方法，使脈沖電弧（2）在窄間隙坡口（3）內作擺動或往復式圓弧形搖動，并在窄間隙坡口（3）內形成坡口左側壁停留區間、由坡口左側壁向右側壁運動區間、坡口右側壁停留區間、由坡口右側壁向左側壁運動區間，其特征在于包括以下步驟：①通過電流傳感器（10）檢測脈沖電弧（2）的電流信號ia，并在對該信號進行硬件濾波和脈沖整形等預處理（12）后，直接送入計算機（13）；?②計算機（13）根據脈沖電弧停留區間信號（14）提取脈沖電弧電流頻率信號，并分別計算脈沖電弧（2）在坡口左側壁停留期間的平均脈沖電流頻率FL和在坡口右側壁停留期間的平均脈沖電流頻率FR，求差得到焊縫偏差傳感信號值ΔFS=FL?FR；③根據焊縫偏差傳感信號值ΔFS的正負判斷實際焊縫偏差ΔX的方向，當ΔFS＞0時焊縫右偏，當ΔFS＜0時焊縫左偏，當ΔFS=0時焊縫無偏差；根據預先建立的焊縫偏差傳感信號值ΔFS的大小與實際焊縫偏差ΔX之間的近似線性關系，經輸出轉換（15）后求得實際焊縫偏差ΔX的大小。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王加友，張蔚華，朱杰，馬超群，黎文航，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：