基于电信号的超窄间隙焊接电弧稳定性分析

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接过程中,电弧形态对坡口宽度的变化非常敏感,焊接电弧的稳定性对焊接质量的好坏至关重要。通过对焊剂带约束电弧超窄间隙焊接过程电弧电压和焊接电流信号的采集与分析,提出了基于电弧电压信号波动性CΔ和周期性σs的电弧稳定性判断指标。试验结果表明,所提方法可以有效反映焊剂带约束电弧超窄间隙焊接过程中的电弧稳定性。当σs0.05且CΔ0.3时,焊接过程的电弧稳定性比较好,可以得到质量较好的焊缝。     

脉冲焊接工艺摆动电弧焊缝跟踪技术

介绍一种基于摆动电弧的脉冲焊接工艺的焊缝跟踪方法。介绍了焊缝跟踪的基本原理,分析了脉冲焊接工艺中焊接电流的特点。根据脉冲焊接工艺自身特点,设计了有限长单位冲击响应滤波器,有效滤除了电流受到的干扰,获得电流随焊炬摆动而产生的周期性变化趋势。对比了焊接电流极大值比较法和积分差值法的特点,通过比较坡口两侧的电流数据的积分差值判断焊炬摆动的偏差量和偏差方向。设计一种模糊控制器进行偏差调整,实现焊炬自动调整。结果表明,所用方法可以实现焊炬自动调整。     

基于BP神经网络对电弧传感积分差值法的改进

电流左右区间积分差值法是一种常用的摆动电弧传感偏差提取算法。为了推出电流积分差与位置偏差的关系,需要建立准确的电弧传感数学模型,根据试验得到焊枪高度与送丝速度、焊接电流的线性关系式。针对在焊枪高度很低或很高时线性化处理有较大误差或很难建立准确的电弧传感数学模型的问题,提出了一种基于BP神经网络的方法建立模型并优化积分差值偏差提取算法。进行了多组不同偏差值的焊接试验,分别用2种方法分析处理电流信号,将得到的偏差值与实际偏差对比,推出了线性回归方程并建立、验证了神经网络模型。结果验证了BP神经网络方法的可靠性。     

窄间隙坡口激光-MAG复合焊温度场数值模拟

采用激光电弧复合焊焊接窄间隙坡口钢板,坡口会影响激光光致等离子体及电弧形态,从而改变能量密度分布。采用数值模拟手段,综合考虑激光与电弧的相互作用以及窄间隙坡口对等离子体及电弧的压缩作用,建立激光-MAG复合堆焊热源模型和适用于窄间隙坡口的激光-MAG复合焊接热源模型,并分别进行堆焊和窄间隙坡口对接焊的温度场数值模拟。结果表明,两种热源模型的模拟所得焊缝形状与实际焊接焊缝熔合线相符性良好,熔宽、熔深相近,窄间隙坡口对温度场分布有重要影响。     

正弦摆动电弧传感偏差信息提取

针对正弦式摆动电弧传感器提出了一种改进的偏差信息提取算法.在详细分析了正弦式摆动电弧传感器焊接电流波形的基础上,推导出了基于左右区域积分差值法的电弧传感横向偏差提取结果.采用函数逼近的思想,通过定义一个基于最佳均方逼近的横向偏差提取指标,给出了在此指标下的最佳偏差提取结果.最后采用熔化极气体保护焊的方式针对直线角焊缝进行了实际的焊接试验.结果证明了该算法的有效性.这些分析与试验的结果为进一步实现基于电弧传感的焊缝跟踪控制奠定了基础.     

窄间隙埋弧焊的磁控与电感复合式焊缝跟踪方法

针对窄间隙埋弧焊焊缝横向和高低跟踪中存在的问题,设计一种基于电感原理的新型电磁传感器,通过初级线圈磁场控制电弧摆动扫描焊接坡口,采集电流信号经过单片机处理后获得焊枪的左右偏差,控制左右调节滑块的水平运动,能够较好地解决窄间隙焊缝焊接时侧壁不易熔合的问题;通过次级线圈感应电动势的变化反映焊炬的高低位置信息,实时识别焊枪相对焊缝的高低偏差,根据焊枪高低位置变化情况,进行PID算法设计,使系统能够快速平稳实现左右和高低双向跟踪. 结果表明,该传感器结构简单,灵敏度高,抗干扰能力强,为厚板窄间隙埋弧焊的跟踪提供了一种新的解决方案.     

基于粗糙集的窄间隙MAG焊焊缝偏差建模方法

针对旋转电弧窄间隙MAG多层单道焊焊缝跟踪需要,提出一种基于粗糙集的焊缝偏差智能建模方法.首先设计工件模仿多层单道焊的坡口状态,并采集不同偏差下的试验数据,然后根据电弧长度变化的Matab仿真和试验数据变化规律将一个旋转周期内的电流划分为12个区间,提取各区间电流平均值和左右区间差值来建立决策表.通过对决策表离散化、约简,最终获得“IF…THEN”形式的知识模型.结果表明,对模型验证并与神经网络对比,二者预测能力相当,精度满足焊缝跟踪需要,而粗糙集模型的可理解性大大提高且能进一步从数据中发掘焊缝偏差与焊接电信号潜在的规律,为电弧控制器设计做准备.     

旋转电弧水下药芯焊丝电弧焊的智能化焊接系统

论述了基于旋转电弧传感的湿法水下电弧焊V形坡口焊缝跟踪技术.搭建了基于旋转电弧传感器的水下焊缝自动跟踪试验系统的硬件平台,确定了浅水水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW))的工艺参数.利用焊接电流区间积分差值法进行焊枪水平偏差和竖直偏差的判别,通过数字信号处理来提高信号的稳定性、可靠性和一致性;通过理论和试验数据的分析,得到了水平和竖直方向的偏差判别方法;设计了模糊控制器和复合PID控制器,通过不同条件下的试验证明了以上工作的有效性.     

一种用于焊缝跟踪的磁控电弧传感器

针对目前机械式电弧传感器普遍存在的易磨损、噪声大且稳定性差等问题,提出了将磁场控制电弧的技术应用于焊缝跟踪;设计了磁控电弧传感器,对其基本原理进行了详细阐述,并依据电磁场理论和磁控电弧规律分析了相关影响参数.对通过霍尔传感器获取的焊接电流信号采用了巴特沃思滤波器硬件滤波和小波分析的电流信号软件处理相结合的信号处理方法,对磁控摆动电弧、未加磁场电弧和机械旋转电弧三种情况下的实测电流信号进行了分析比较,应用有效区间双重去极值积分比较法提取实际焊缝坡口的偏差信息.结果表明,磁控电弧传感器用于焊缝跟踪正确可行,跟踪效果好,为目前对焊缝跟踪技术的研究提供了新的方向.     

基于VC的旋转电弧窄间隙MAG焊多信息融合焊缝跟踪系统

针对窄间隙旋转电弧MAG焊焊缝跟踪的需要以及单一传感器的不足,采用Visual C++开发了基于电弧传感和视觉传感的多信息融合焊缝跟踪系统。电弧传感采用NIPCI-6251数据采集卡、电流/电压传感器、电弧位置传感器结合NI的measurement studio软件,实现了对每个电弧旋转周期内电弧信号的获取,进而实现积分法、极值法、粗糙集等电弧传感方法。视觉传感利用图像采集卡、电弧位置传感器和CCD摄像机,获取电弧旋转到左右坡口侧时的焊接图像,实现焊缝偏差的检测。而焊缝跟踪是综合电弧传感焊缝偏差和视觉传感焊缝偏差的基础上进行焊缝纠偏。为提高系统运行效率,采用多线程方法实现电弧传感、视觉传感的同步采集和技术;利用CTimer控件实现焊缝偏差的多信息融合分析、显示和记录。系统的构建为进一步的多信息融合控制、焊接质量控制奠定基础。     

超窄间隙焊接坡口宽度与工艺参数适应性研究

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的焊接工艺参数对坡口宽度变化要求严格,需要根据坡口宽度变化相应地进行调整。改变工艺参数,分别对坡口宽度为3.5,4.0,4.5 mm的I形坡口进行焊接试验。结果表明,电弧电压是影响焊缝的表面形貌和成形系数的主要参数,焊接电流是影响坡口根部熔合深度的主要参数,当坡口宽度变化时,以上各工艺参数的匹配关系均需要适当地调整。基于焊缝表面形貌、成形系数和坡口根部熔合深度的要求,给出了3种坡口宽度下的焊接工艺参数。     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

焊剂带约束电弧超窄间隙横焊焊缝成形

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接新方法,其电弧可同时加热坡口根部两侧壁,实现4.5 mm宽直坡口的单道多层焊接。改变工艺参数,进行超窄间隙焊横向对接的系列焊接试验。实现壁厚为60 mm的多层单道超窄间隙对接接头。结果表明,焊接电压影响焊缝上侧壁熔深,焊接电流和焊接速度决定焊丝的熔化量,二者合理匹配可使熔池的下塌量降至最小。超窄间隙焊接熔池小,固液接触面相对较大,其表面张力容易平衡熔池的重力,可以防止横向焊接的熔池下塌缺陷。     

旋转电弧传感器跟踪波纹板角焊缝研究

针对类似集装箱波纹板的角焊缝焊接难题,利用了一种能自动旋转的电弧传感器对波纹板角焊缝的自动焊接进行了研究。建立了在不同位置电弧传感器旋转时焊炬高度的数学模型,得到焊炬高度的变化规律。利用最小二乘偏差法和积分差值检测法分析焊炬的高度变化。试验过程中,将采集的旋转电弧焊接电流通过相应的滤波处理得到精准的数据,并利用最小二乘偏差法得出焊接偏差,利用积分差值进行焊缝折点的识别。     

基于Fluent的窄间隙TIG焊枪结构优化设计

针对大型工程项目当中的大口径、大厚壁、深窄间隙坡口的管道对接需求,设计了一款窄间隙TIG(NG-TIG)焊枪,并实现高效率焊接。该枪体为非对称的一体化扁平式结构,在间隙宽度为10 mm、深度15 mm的U形坡口内进行焊接试验,发现在窄间隙焊接过程中出现了焊缝成形不连续、焊缝出现气孔及电弧不稳等问题。为了达到理想的焊接工艺效果,文中通过Fluent软件进行了数值模拟仿真分析,对窄间隙TIG焊枪的保护气输送通道及其出口布局进行了结构优化,并且在与传统TIG焊枪的保护气体流量及运动轨迹等方面进行对比后,发现保护气体在钨极周围均匀向外扩散,且速度与传统TIG焊枪的气体保护状态接近,从而确定了窄间隙TIG焊枪的气体保护结构。结果表明,焊枪在焊接电流为120 A,焊接速度为100 mm/min,气体流量在25 L/min的焊接工艺参数下电弧稳定、无飞溅,焊缝成形美观无缺陷。 创新点： (1)通过Fluent软件对传统TIG焊枪的保护气体状态进行了仿真,并作为参照对窄间隙TIG焊枪的送气结构进行了优化设计。(2)窄间隙TIG焊枪既继承了传统TIG的优势,又解决了窄间隙焊接过程中电弧不稳、焊缝出现气孔等常见的问题。(3)通过非填丝和填丝,在坡口内和管壁盖面2种工况下进行了焊接试验,确定了窄间隙TIG焊枪的良好适用性。     

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接根焊方法

超窄间隙焊接在对接焊接中有着独特的优势.在实际焊接工程中,对接焊有时要求采用单面焊双面成型的方法进行根焊.采用焊剂带约束熔化极电弧超窄间隙焊接的方法,结合在工件背面衬垫焊剂,并用铜板对焊剂加以支撑的背面焊缝强制成型方法进行熔化极电弧根焊试验.结果表明,通过焊剂带约束熔化极电弧,选择合适的焊接电压、焊接电流可以使坡口根部...     

工艺参数对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接焊缝成形的影响

通过试验研究了焊速和电压对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接焊缝成形的影响,并通过试验得出了电压与电流的匹配关系。结果表明,焊接速度合理时,能获得成形良好的超窄间隙焊缝。通过电弧电压与焊接电流的合理匹配可优化电弧、熔渣壁及间隙侧壁三者间的关系,利于获得成形良好的超窄间隙焊缝。电流为200~325 A时,获得良好成形的电压范围约为22~31 V。     

一种应用于薄板搭接的磁控电弧焊缝跟踪方法

薄板搭接的焊缝自动跟踪一直以来都是焊接领域的一个难点,针对其特点提出了一种应用于薄板搭接的磁控电弧焊缝跟踪方法,该方法是采用外加横向交变磁场来控制焊接电弧左右摆动扫描搭接坡口并通过检测焊接电流的变化规律来检测焊缝的偏差信号.分别采用双级二阶巴特沃思硬件滤波和小波滤波软件处理,并进行相关对比,最终选定小波阈值降噪滤波处理方法.针对薄板搭接特点和磁控电弧摆动规律,提出了一种基于中点均分面积积分单边比较法和焊枪控制法相结合的焊缝偏差控制方法.通过实际的焊缝跟踪试验表明,这种磁控电弧焊缝自动跟踪方法在薄板搭接上具有独特的优势.     

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.     

核电用508-III钢窄间隙脉冲TIG单层单道钨极摆动焊工艺

文中介绍了窄间隙脉冲TIG单层单道钨极摆动焊的工艺特点,针对核电用508-III钢材料进行了焊接工艺性试验,设计了合适的窄间隙焊接坡口形式,根据试验数据,得出了不同厚度核电用508-III钢材料的窄间隙脉冲TIG单层单道钨极摆动焊坡口尺寸范围,分析了焊接电流、电弧电压、焊接速度、送丝速度、钨极摆角、热丝电流形式、保护气体流量对焊接过程和焊接质量的影响,制定了相应的工艺过程控制措施。通过焊接工艺试验,获得了探伤合格的焊缝,接头力学性能指标满足国内三代核电产品技术条件的要求。