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。

新型高速旋转电弧窄间隙MAG焊接

研究开发了一种新型窄间隙MAG焊接系统。在该系统中,焊丝穿过电机的空心轴后从导电嘴的偏心孔送出,电机带动导电杆和偏心导电嘴旋转,从而使焊丝端部的电弧以一定直径高速旋转,以保证窄间隙焊接接头具有足够的侧壁熔深。焊接试验结果表明,这种旋转电弧焊接系统能在不同的旋转速度和旋转直径下稳定可靠地工作,并且明显地改善了窄间隙焊缝侧壁熔透,避免了接头底部指状熔深的出现,同时提高了焊接熔敷效率。

高速旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形的分析

采用平特性电源,研究了高速旋转电弧窄间隙MAG焊接工艺对焊缝成形的影响规律。结果表明,旋转电弧是通过热量的合理分配来改善焊缝成形,旋转频率对熔化速度的影响很小。提高旋转频率和降低保护气中CO2的含量有利于增加侧壁熔深,改善焊缝成形;但同时也容易造成电弧与侧壁短路,恶化焊缝成形,严重的将出现未熔合。所以在间隙小于10 mm时旋转频率应小于50 Hz。焊接速度的变化不会影响过渡形式,但较低的焊接速度可以得到更大的表面下凹。

新型窄间隙MAG旋转电弧传感焊缝偏差提取算法

针对旋转电弧窄间隙MAG焊多层单道焊时坡口变化平缓,传统电弧传感方法灵敏度下降的缺点,提出了1种新的电弧传感偏差提取算法.对通过实验获取的U形底对接坡口不同焊缝偏差下的电弧信号进行分析,得出偏差的大小和方向与1个旋转周期内电流极值的数目和分布有很好的对应性,并通过Matlab仿真进一步验证上述关系的合理性和可靠性.由此,提出了1种基于电流极值数目和分布的焊缝偏差提取算法.该算法仅与极值分布和大体位置有关,克服了坡口加工误差或坡口变化变缓所带来的不利影响.

面向9%Ni钢大型储罐的旋转电弧窄间隙立焊装备

提出一种面向9%钢大型LNG储罐的旋转电弧窄间隙立焊装备,旨在解决LNG储罐立缝位置的焊接难题。采用窄间隙TIG旋转电弧焊接新工艺,将钨极打磨成非轴对称的尖端,通过电机控制钨极旋转,使电弧周期性加热窄间隙坡口两侧,有效解决了侧壁熔合问题。为配合该工艺,设计了新型窄间隙TIG旋转电弧焊枪,具备无线回转导电、自动送丝和双路气保护功能。同时,提出了一套适用于LNG储罐立缝位置的自动焊接设备,包括真空吸附的挂壁小车和焊接小车。在实验室搭建了全套试验装备,包括焊接小车、全自动送丝机、焊接电源等,控制焊枪立缝位置的焊接行走,防止9%Ni钢磁化,同时保证焊接过程的稳定。对24 mm厚9%Ni钢进行单层单道的焊接试验和窄间隙坡口对接试验,验证了新工艺能够解决厚板窄间隙焊接中侧壁熔合的问题,并且由于电弧循环旋转,对熔池具有搅拌作用,焊缝表面成形平滑美观。该研究为LNG储罐立缝的自动高效焊接提供了技术和装备支持。

基于旋转电弧的窄间隙横焊打底工艺

【目的】J型铺设是最适合深水的海底管线铺设和海洋立管安装方法,常采用管道自动焊接装备完成横向环焊缝摆动焊接。针对摆动电弧P-GMAW横焊打底层焊缝成形不对称、背部成形一致性差等问题,提出了基于旋转电弧的窄间隙横焊表面张力过渡(Surface tension transfer,STT)打底工艺方法。【方法】以X65管线钢板材对接窄坡口为试验对象,模拟深水立管J型铺设焊接过程。【结果】基于Minitab的田口方法,建立了正交试验模型,通过焊接工艺试验,探究窄间隙横焊STT打底层焊接工艺规范及不同工艺参数组合对焊缝成形的影响规律。【结论】打底层焊缝背部成形一致性好,无未熔合、未焊透等缺陷。

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

窄间隙焊缝跟踪旋转电弧电流平均值传感法比较研究

电弧传感是一种重要的焊缝跟踪方法.本文针对窄间隙旋转电弧焊焊缝跟踪的需要,对电弧传感中的电流平均值传感法进行了研究.由实验获取数据,采取有效的数据处理方法去除信号噪声,通过对比不同信息提取区间的电流偏差的平均值和标准差确定合适的信号提取区间.为了提高算法抗干扰能力,采用多旋转周期进行了比较,确立了合适的周期数.

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.

窄间隙MAG焊电弧声与电弧作用位置的相关性

电弧-侧壁距离控制是保证窄间隙熔化极活性气体保护焊（Narrow gap metal active gas welding, NG-MAG）侧壁熔合良好的关键。通过对NG-MAG脉冲立焊过程中电弧声的预处理和分析，发现其时域波形呈周期性“振铃”衰减特性，频率与焊接电源脉冲频率相同；电弧声能量的频域分布范围为0.3～12.0 kHz，且能量主要集中在0.3～3.0 kHz和9.0～12.0 kHz两个频带，频谱分布与电弧-侧壁距离高度相关。在此基础上，采用小波变换（Wavelet transform, WT）和联合时频分析（Joint time-frequency analysis, JTFA）实现对电弧声信号的降噪处理和时频分析，结果发现，伴随电弧-侧壁距离的逐渐增大，电弧声能量的低频分布始终存在，呈现“断续-连续-断续”分布特征；而高频分布出现在电弧-侧壁距离2.6 mm以上，呈现“断续-连续”分布特征。利用 NG-MAG 脉冲立焊电弧声的时频分布规律可实现对电弧作用位置的监测预警，为 NG-MAG 焊接过程状态监控提供一种途径。

窄间隙焊采用脉冲旋转喷射过渡MAG焊技术的开发

窄间隙焊采用轴向喷射过渡时，有时会出现侧壁熔透不良现象。为解决这一问题，本文在先期研究脉冲旋转喷射过渡技术的基础上，对窄间隙焊采用脉冲旋转喷射过渡ＭＡＧ焊接技术进行开发性探索，旨在为推动这一技术在我国焊接生产中的推广与应用寻找新途径。研究方法是采用脉冲轴向喷射过渡与脉冲旋转喷射过渡两组较佳的规范参数，进行窄间隙单层与双层焊，观察焊接工艺特性，在线能量相近的条件下，对比焊缝成形及侧壁熔透情况。试验结果表明，窄间隙内两种不同的熔滴过渡方式的弧态不同，采用脉冲旋转过渡可改善侧壁熔透，提高焊接生产率。因此，这一技术用于窄间隙焊是可行的。

点环激光超窄间隙焊与电弧焊高强钢厚板组织性能对比研究

为消除激光超窄间隙焊易产生的侧壁熔合缺陷,开发了点环激光填丝焊工艺,利用中心点激光对焊丝加热,利用环激光对窄间隙坡口加热,完成30 mm厚10CrNi3MoV低合金高强钢的焊接,并与传统电弧焊接头开展组织和性能对比分析。结果表明,激光超窄间隙填丝焊接头焊缝区由针状铁素体、粒状贝氏体与少量的马氏体组成,电弧焊接头由针状铁素体和粒状贝氏体组成。激光焊的快速冷却特点使其焊缝组织较弧焊更加细小。激光焊接头热影响区由较多的铁素体和粒状贝氏体组织和较少的M-A组元组成,有利于接头性能的提高。激光超窄间隙填丝焊接头抗拉强度与电弧焊接头近似相当,但激光超窄间隙填丝焊接头具有更好的冲击韧性。

窄间隙旋转电弧熔化极活性气体保护焊视觉焊缝偏差检测

针对旋转电弧窄间隙熔化极活性气体保护焊多层单道焊焊缝跟踪需要,提出一种基于被动视觉传感的焊缝偏差识别方法.首先通过旋转电弧位置传感器和处于触发工作模式的CCD摄像机获取电弧旋转到坡口左侧和坡口右侧时的焊接图像,然后根据图像灰度直方图特点,构建了自适应双阈值获取算法.大阈值用于获取电弧区域进而得到电弧中心位置;小阈值用于获取坡口工件区域,进而通过计算水平方向一阶差分得到坡口边缘.通过对比一个电弧旋转周期内获取的两幅图像,可计算电弧旋转中心和坡口中心的偏差,得到焊缝偏差.该偏差检测算法高效、可靠且可避免坡口底部改变带来的误差,同时可用于不同偏差算法的比较和融合.

窄间隙旋转电弧FCAW焊工艺

由于窄间隙焊技术使得焊缝横截面积大幅减小,从而能够大幅度提高焊接生产率和降低施工成本,故其作为一种高效低成本的焊接技术已经在工业上得到了广泛的应用。文中对ABS EH36板材的窄间隙旋转电弧FCAW焊工艺进行研究,通过对焊接接头进行无损检验与力学性能试验,证明了焊接接头各项指标满足标准要求。

摇动电弧窄间隙立向上MAG焊接技术

针对厚壁大型容器或储罐的立向上窄间隙焊接,提出了一种摇动电弧窄间隙立向上MAG焊接技术,以空心轴步进电动机直接带动折弯导电杆摇动,带动从导电嘴中送出的带有电弧的焊丝在坡口内作圆弧形摇动,并在坡口侧壁作一定时间停留,以达到改善坡口两侧壁熔深的目的,同时保证焊缝在立向上状态下自由成形。焊接试验结果表明:该技术能在立向上焊接时获得良好的焊缝成形,也能形成一定的侧壁熔深;多层焊试验时,焊缝成形良好,达到了减少熔敷金属量,提高焊接效率的目的。

旋转电弧窄间隙焊接系统的单片机控制研究

根据旋转电弧窄间隙焊接系统的功能要求,提出了旋转电弧窄间隙焊接系统单片机控制设计方案,设计了以PIC16F877A单片机为控制核心的主控电路、电机转速检测与显示电路以及引弧控制电路,实现了焊接功能参数预设调节、焊接过程控制、引弧控制以及电机转速的实时检测与数字化显示。另外,对控制系统进行了仿真调试和焊接试验,试验结果表明:该控制系统设计合理,硬件电路简单可靠,系统软件运行稳定高效,达到了设计要求。

窄间隙P-GMAW仰焊位置熔滴过渡影响因素及控制方法

管道窄间隙全位置焊接过程中,在接近仰焊位置容易出现焊接缺陷,制约了管道施工的质量和效率.文中针对管道自动焊仰焊位置成形差、可靠性低的问题,分析P-GMAW过程送丝速度、弧长修正、导电嘴到熔池距离等因素对熔滴过渡的影响规律.结果表明,增加弧长修正系数可以增大电弧对侧壁的热输入,能够缓解侧壁熔合不良的问题,但会使熔滴过渡路径难以控制.因此当焊枪运动到仰焊位置时,提高送丝速度有利于获得更小的熔滴、更高的过渡频率;降低导电嘴到熔池距离,可以增加电磁力、减小熔滴尺寸,从而更有利于仰焊位置熔滴向熔池的过渡,研究结果对于管道窄间隙焊接的工艺设计具有一定的指导意义.

窄间隙约束下熔化极气体保护焊的电弧形态和熔滴过渡分析

为研究采用平特性焊接电源和窄间隙约束下的电弧行为,建立了窄间隙熔化极气体保护焊(GMAW)试验系统,利用高速摄像系统观察电弧的爬升现象、电弧的形态和熔滴过渡过程,分析了窄间隙约束条件下产生电弧爬升现象的原因,并利用静力平衡理论分析不同电弧形态下熔滴过渡中的受力情况.结果表明:窄间隙GMAW焊接过程中的电弧爬升现象是由最小电压原理与电弧自调节共同作用的结果;电弧形态可按不同的导电路径分为3类,并均归结于最小电压原理的作用;窄间隙GMAW的熔滴过渡形式与不同电弧形态下的电磁力的大小和方向有关.

窄间隙MAG焊电弧声行为分析

在窄间隙焊接中,保证良好的侧壁熔合是首要问题,而这其中的关键是电弧侧壁距离控制。通过对窄间隙MAG焊接中的电弧声(Arc Sound)进行处理和分析,电弧声的时域波形表现出周期性的“振铃”现象。该频率对应于焊接电源的脉冲频率。Arc Sound的功率范围是0.3~12.0kHz,并且有两个集中的频率(0.3~3.0kHz和9.0~12.0kHz)。在此基础上,小波变换(WT)和通用时频分析(JTFA)用于电弧信号的降噪处理和时频分析。电弧声具有低频分布特点,这是“间歇-连续-间歇”分布的特征。如果侧壁之间的距离大于2.6mm,则会出现更高的频率分布,它还显示了“连续”分布的特征。这对焊接过程的电弧实时跟踪提供了一种方法,可用于监测和预警电弧的位置,监测侧壁熔合。

窄间隙焊缝跟踪电弧传感方法及特性研究

为了推广应用高效高质量的窄间隙电弧焊方法,迫切需要解决焊缝跟踪问题。针对新型高速旋转电弧焊接工艺,建立了一种窄间隙焊缝跟踪电弧传感检测方法及系统,并分析了电弧传感器的工作特性。试验结果表明:通过计算电弧旋转中心前点两侧一定区域内电弧电流(或电压)信号的积分差,旋转电弧传感系统能够有效地检测出焊缝偏差,其传感检测灵敏度受电弧电信号积分域和被检电信号种类(电弧电流或电压)等影响。