三电极高速CO_2双边角焊质量及稳定性分析

对三电极高速CO2双边角焊焊接工艺进行研究,通过LabVIEW电信号采集与高速摄影分析了焊接质量及过程稳定性.结果表明,焊接中引导电流应为最大,且引导焊枪与中间焊枪之间电流差距100A左右可获得理想的焊缝成形,中间焊枪与跟随焊枪的电流差距大小对焊接质量无明显影响,且焊枪指向位置在底板为宜.在同一工艺时,随着焊接速度增大,焊接过程变得不稳定,同一焊接速度时,试验电流400/300/300A组合时焊接过程最稳定.大电流组合时,应增大焊丝之间距离以减小电弧之间的干扰.     

旋转电弧焊接工艺参数与焊缝成形的关系

在旋转电弧自动焊接中工艺参数的选择对焊缝成形有很大的影响,而数学预测模型的建立可以用来选择主要焊接工艺参数。本文简单介绍了回归分析法的原理,并运用回归分析法建立了旋转电弧自动焊接中焊枪旋转频率、旋转半径、焊枪高度和焊接电流与熔宽、熔深之间的预测模型,并对预测模型进行了统计检验与误差分析。最后根据预测模型进行了焊接工艺参数的灵敏度研究。     

混合气体保护焊焊接过程电弧特性分析

通过焊接机器人在给定的试验条件下进行混合气体保护焊,采用汉诺威焊接质量分析仪对电弧电压和焊接电流信号进行采集,并通过分析焊接过程的电弧特性找到熔滴过渡以及焊缝成形的主要影响因素。结果表明:在给定的混合气体流量比的条件下,电弧电压会影响熔滴的过渡频率、电弧稳定性、飞溅大小、焊缝熔宽等,而焊接电流则会影响焊丝熔化速度、焊缝熔敷率、过渡频率、飞溅大小、焊缝成形等。合适的焊接电流与电弧电压相匹配可以获得稳定的电弧、良好的过渡特性及美观的焊缝。     

基于旋转电弧传感法和神经网络的焊缝成形预测模型

搭建了基于旋转电弧传感法的焊接试验平台,制定焊缝成形与焊接电流波形情况的评价指标,确定以旋转电弧传感器检测的焊接电流、旋转频率、焊枪高度和焊枪旋转半径作为影响焊缝成形与焊接电流波形的关键因素。进行了焊接试验,采集训练数据,推导了焊接电流、旋转频率、焊枪高度、焊枪旋转半径与焊缝成形、焊接电流波形之间的神经网络模型。最后的验证试验表明,所构建的神经网络模型能较好地预测焊缝成形及焊接电流波形情况,能够为旋转电弧法最优焊接工艺参数的选取提供依据,以实现优异的焊接过程自动化。     

全位置相贯线自动焊接新型焊枪设计

在焊接复杂的空间曲线或进行全位置焊接操作时,传统焊接机器人关节耦合、系统干涉现象较为普遍,焊接局限性明显. 为了克服焊枪位姿改变时的干涉现象,基于各位置焊缝角度和深度均动态变化的特征,设计出一款能调节自身工作角的新型焊枪,使焊枪自身能够具有一定的实时调节能力,在自动焊接过程中通过调节焊枪工作角配合机器人完成全位置焊接,增强机器人的实用性和可行性,满足较为复杂相贯曲线的焊接要求,使用OpenGL对焊枪运动学模型和焊接过程进行了仿真,仿真结果证明了所设计的自动焊接焊枪的有效性.     

旁路耦合电弧焊建模与仿真

针对其焊接过程中的电弧动态特性、焊丝熔化规律,采用等效电流路径的方法建立了其焊接电弧的动态数学解析模型.在此基础上,利用MATLAB/Simulink软件平台对单旁路耦合电弧焊与双熔化极旁路耦合电弧焊过程进行了仿真,仿真分析了焊枪夹角对旁路耦合电弧焊焊接过稳定性影响.结果表明,所建立的数学模型能很好的反映旁路耦合电弧焊接过程;当主路、旁路焊枪夹角为45°时,焊接过程达到稳定所需时间最短,与实际焊接过程中焊枪夹角基本一致,且单旁路耦合电弧焊比双熔化极旁路耦合电弧焊焊接过程更加稳定.     

厚铜板焊接的计算机模拟与实验研究

基于焊接模拟前处理软件和焊接模拟后处理软件进行厚铜板三个电弧焊接过程温度场的数值模拟和实验对比研究。先利用前处理软件进行建模和划分网格等工作,再利用后处理软件完成焊接仿真模拟过程。本研究主要是用后处理软件调整焊接电流、电弧电压、焊枪间距、焊接速度,送丝速度等工艺参数,进行多组工艺参数下厚铜板焊接温度场的模拟,然后对比分析不同焊接工艺参数下的焊接温度场云图,获得最佳焊接工艺参数(焊枪间距16 mm,焊接电流300 A,TIG焊枪电压16 V,MIG焊枪电压20 V,MIG焊枪送丝速度10 mm/s),模拟结果为:MIG焊枪的熔池大小为:熔宽6.4 mm、熔深4.8 mm、熔池长度12.6 mm。     

管道焊接机器人焊枪摆动机构运动控制研究

管道焊接机器人以其焊接成形好、质量稳定性好、自动化程度高等优势在长输油气管道建设领域得到了大规模推广应用。针对管道焊接机器人焊枪高速、短行程往复摆动运动特点,对焊枪驱动步进电机加、减速运动控制进行了研究。通过分析S曲线的算法原理及其传统的七段模型,对该模型进行了优化修正,提出了一种基于分段插值和三角函数的S形运动曲线,将该运动模型与修正后的传统七段模型进行仿真比较。仿真结果表明,该运动曲线在运动过程中不存在柔性冲击,同时也保证了焊枪运动的稳定性。最后将该加、减速运动曲线应用到管道焊接机器人的摆动机构中,焊枪运动平稳可靠,取得了良好的效果。     

多丝CO_2焊接电弧干扰行为机理初探

多丝焊接时,由于电弧电场、磁场、热场和流场的相互作用和影响,使得电弧干扰分析异常复杂。焊接电弧的稳定性直接影响着焊接质量,而焊接电弧的稳定性是指保持电弧稳定燃烧而不产生断弧和磁偏吹。利用高速摄影技术对不同电流组合形式下的双丝、三丝CO_2焊接的电弧断弧频率和电弧干扰行为进行分析。结果表明:双丝焊接时,当引导电流大于跟随电流且相差在100A时,电弧的稳定性较好。三丝焊接的电弧断弧频率明显高于双丝焊接的电弧断弧频率;随着线能量的增大,电弧的断弧次数明显增加。当双电弧之间形成一定量的熔池"凸起",可以减小电弧之间的干扰。但当线能量过大时,熔池的流动金属过多,熔池"凸起"作用反而不利于电弧的稳定燃烧。     

改进的积分差值法在焊枪工作角检测中的应用

焊枪工作角的检测是改善焊接质量和实现焊缝跟踪的重要因素.文中首先建立了焊枪工作角和偏差变化与旋转电弧弧长变化的数学模型,并进行Matlab仿真;其次,介绍了焊枪工作角检测理论,通过采用对区间加权的焊枪电流积分差值法,从旋转电弧信号中获取反映焊枪姿态信息的特征值,最后,在理论推导和仿真的基础上,得到了焊枪工作角检测与焊缝偏差无关的结论.     

Measurement method of the arc welding current and voltage

Plasma arc welding can realize high-speed welding, deeper weld penetration and, furthermore, smaller thermal distortion. For these reasons, plasma arc welding is employed for keyhole welding. However, it has been pointed out that it is difficult to obtain the stability of the welding. In this study, we have developed a unified plasma arc welding model for analysing the welding mechanism and influence of the torch design and operation conditions of the arc on the welding process. In this paper, the keyhole welding of a thick aluminium plate employing the plasma arc was numerically analyzed for clarifying the mechanism determining the keyhole size which is important for improving the stability of the process. As a result, it was found that the keyhole size is determined mainly by a force balance between the surface tension of a weld pool and metal vapour pressure.     

旋转电弧传感弯曲焊缝移动焊接机器人结构设计

设计了一种基于旋转电弧传感的弯曲焊缝轮式移动焊接机器人机构，采用中间两轮差速驱动，前后对称布置一万向轮的结构，增加了机构的灵活性并降低了控制的难度；用两个直流伺服电机控制十字滑块实现左右与上下运动，采用旋转电弧传感器使焊枪与传感器一体，不仅结构紧凑，而且具有实时性。支撑焊枪的支板采用组合装配方式，对于折角变化频繁或折角较大的焊缝使用增加一转动关节的支板。该机器人结构紧凑、灵活，可实现对平面弯曲船形焊缝及各种平面弯曲角焊缝的自动焊接。     

薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取

机器人自动化焊接中焊枪三维偏差的提取是实现自动纠偏的前提.薄板机器人MAG对接焊接中对试件开坡口,试验中利用被动视觉传感器采集焊缝图像.通过调整滤、减光组合使得同一帧图像中出现稳定的电弧区域、坡口边缘线和缝隙接头线.设计有效算法直接提取缝隙接头线.以电弧区域的几何中心反馈焊枪位置,设计有效算法在缝隙接头线上确定焊枪当前跟踪位置,并借助视觉标定技术将其转换为世界坐标.利用用户软件系统从机器人控制系统中获取焊枪在世界坐标系下的坐标及转换后的坐标.结果表明,文中算法可以有效获取焊枪的三维偏差.     

悬空特征结构件电弧增材制造成形及算法优化

将增材制造技术与弧焊机器人相结合,针对具有悬空特征预制件增材制造焊接工艺进行研究. 首先针对预制件成形尺寸预测进行算法优化,实现对成形高度及宽度预测;针对悬空焊缝下淌现象,研究焊枪倾斜角度对焊缝成形影响,确定最优焊枪倾斜角度范围,并设计试验对成形方法进行验证,有效改善悬空焊缝表面成形质量,然后在此基础上提出焊枪倾斜角度预测算法,实现对悬空焊过程中焊枪倾斜角度的预测. 最后焊制具有悬空特征预制件验证预测算法及成形方法的准确性. 结果表明,预制件表面成形质量较好,成形尺寸误差小于1 mm.     

基于局部视觉的弧焊机器人自主焊缝轨迹规划

提出了一种基于视觉的弧焊机器人自主焊缝轨迹规划方法.通过使用CCD摄像机,不断地获取枪尖前方一小段焊缝的图像.由主控计算机进行图像处理,获取枪尖与焊缝间的偏差以及这小段焊缝的走向等信息.根据这些信息控制机器人沿焊缝前进,同时定时记录用焊缝偏差值修正后机器人坐标值,生成焊缝在机器人基坐标系下的坐标.当机器人沿焊缝走完一遍后,主控计算机控制机器人回到焊缝起点,开始沿焊缝焊接.用此方法对低碳钢曲线焊缝和铝合金曲线焊缝进行试验,结果表明该方法具有很高的实用价值.     

旋转电弧机器人V形坡口焊缝跟踪模型与仿真

通过建立旋转电弧传感器扫描V形坡口焊缝时焊枪空间姿态数学模型，提取焊枪三维信息，根据V形坡口焊缝特点，推导出焊枪纠正偏差后ABB机器人的工具坐标系相对于基坐标系的变换矩阵，结合机器人逆运动学，建立了ABB机器人对V形坡口焊缝跟踪纠偏的数学模型，并针对该模型的求解提出了一种渐进粒子群优化算法，利用LABVIEW并结合该算法对该模型进行仿真分析，得出了左右、高低跟踪偏差. 结果表明，模型具有准确性、有效性以及该算法的高效性，为旋转电弧传感器与ABB机器人相结合对V形坡口焊缝进行自动焊接提供了理论依据.     

弧焊机器人结构光视觉传感焊缝跟踪

建立了弧焊机器人视觉传感焊缝跟踪系统,重点研究了跟踪路径提取算法和焊缝跟踪的实现策略。采用传感器引导机器人运动的控制方式,为克服前视距离的影响,提取的焊缝跟踪点信息在跟踪过程中不是立刻被使用的,而是存储在循环队列结构中,要等到焊枪到达该点附近时才能用到。计算出的机器人驱动向量使焊枪向焊缝的中心点方向调整,并按照给定的步长运动,使其始终沿焊缝方向向前运动,实现沿焊缝的自主跟踪。结果表明,通过对焊枪位置及绕焊枪旋转角度的调节,实现了S形曲线焊缝的实际跟踪,跟踪过程平稳、精确。     

管道插接焊缝位置及焊枪位姿建模

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对弧焊机器人工作的特殊要求,在不失一般性的基础上,建立了焊缝位置及焊枪位姿的数学模型,以坐标系的形式定量描述了焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确描述焊枪姿态的参数:工作角、行走角和自转角,并给出了计算方法.通过对相贯线焊缝特征的分析,发现相贯线上任意点的切线始终与过该点的两个圆柱切平面的交线重合,在此基础上提出了一种简单的建立焊缝特征矩阵的计算方法.该模型对管道插接具有通用性,对焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有重要意义.     

连续行走脉冲TIG焊熔池谐振法熔透控制

熔池振荡频率与熔池尺寸之间的良好对应关系,可以用于进行熔池尺寸检测及熔透控制,但在快速行走焊接时难度很大。本文在恒定直流之上叠加定频率正弦波电流做为脉冲焊接电流激振熔池,在连续行走焊接时,通过电弧电压检测熔池振荡即熔池尺寸。在脉冲电流作用期间,随着熔池尺寸的增长,当熔池自身固有振荡频率与焊接电流正弦波频率一致时,熔池产生谐振,从电弧电压中检测到谐振特征变化信号,该信号的强度,稳定性,重复性及与熔池     

Geometric model of robotic arc welding for automatic programming

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