CN102151949A - 利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法和装置，该方法是利用计算机程序控制线圈通过直流电流的方向、大小、通电时间和停止通电时间，也就控制了电弧的摆幅、摆频和电弧停留左、中、右的时间，进而对焊枪位置进行实时跟踪。该装置含有外壳和线圈，所述线圈缠绕在线圈骨架上，所述线圈骨架套装固定在所述外壳中，所述外壳通过连接支架固定在焊枪上，所述线圈骨架的轴心孔内安装有磁靴，所述磁靴的端部靠近焊枪的钨极针。本发明利用焊接电弧本身进行摆动和双方向跟踪，彻底取代了现有的各种传统意义上的氩弧焊接电弧摆动和跟踪方法，使焊接焊缝性能达到各种技术要求。

Description

利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法和装置

一.技术领域：本发明涉及一种焊接自动跟踪方法和焊接电弧摆动器，特别是涉及一种利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法和装置。

二.背景技术：在自动焊接过程中，当焊枪移动或工件移动时，由于实际被焊接工件的表面和焊缝不是理想的平面轨迹，而是高低不平。为了保证焊接工艺参数的稳定，即保证焊接电弧长度不变，保证焊枪到工件的距离不变，才能保证焊接后的焊缝内在品质和外观成型一致，因此，自动焊接过程中必须控制焊接电弧的长度不变。目前，公知的焊枪自动跟踪器采用的技术是：自动焊机控制系统中的计算机采集电弧的电压数值，将其与计算机程序内的设定值进行比较。当采集的电弧电压值大于设定值时，表明电弧长度过长，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪下降，电弧长度缩短为正常值范围后，焊枪下降停止，自动调整结束；当采集的电弧电压值小于计算机程序内的设定值时，表明电弧长度过短，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪上升，电弧长度增长为正常值范围后，焊枪上升停止，自动调整结束。

另外，在自动焊接有坡口的焊缝过程中，当焊枪或工件移动或转动时，由于实际被焊接工件的坡口焊缝不是理想的直线轨迹，或者焊接圆筒的环形坡口时，实际被焊接工件的坡口焊缝不是理想的环形运动轨迹，而是由于加工误差或圆筒转动时的轴向窜动等原因，坡口焊缝在焊接过程中不断地发生左右偏移，此时则需要采取横向跟踪手段来校正焊枪位置，使焊枪始终在焊缝坡口形状的对称中心。

目前，公知的在自动焊接设备中使用的横向跟踪技术有接触式和非接触式两大类，接触式为机械光电式；非接触式分为光电式和激光式等。

1)、机械光电式。采用机械的触杆前端放入焊接电弧熔池前一段未焊焊缝的V型坡口里，机械触杆后部与电子元器件联接，比如光偶、微动开关等，当工件或焊枪运动时，焊缝横向的变动量通过机械触杆上的杠杆支点，使机械触杆另一端变动，接通或断开光偶或微动开关，使其电信号传输到计算机进行处理，然后驱动焊枪横向运动机构，左移或者右移，实现自动跟踪功能。其特点是机械结构轻巧，电气电路简单、耐用，在工程中是一种常用的方法，但是由于跟踪点不在焊缝的电弧熔池处，则焊枪不能对要求高的工件或者形状复杂的工件进行准确地跟踪。

2)、光电式。利用微型摄像头放在焊枪附近，并把焦距对准电弧熔池前的焊缝V型坡口处，当工件或焊枪运动时，通过电视屏幕进行监控，手动控制焊枪横向运动机构进行左移或者右移，实现焊缝横向跟踪功能。其缺点是跟踪的自动化程度不高，人为因素影响跟踪的精度。

3)、激光式。激光测量技术应用于自动焊接的横向跟踪是当前的新兴技术，其原理是采用矩阵式二维激光测量距离传感器，安装在焊枪附近，扫描焊接电弧前一定距离的焊缝V型坡口横截面形状，当工件或焊枪运动时，把实时扫描出的焊缝V型坡口横截面形状与计算机程序中的理想焊缝V型坡口横截面形状数据进行比较，如果发生偏移量超过设定值时，焊接控制系统驱动横向运动机构使焊枪左移或者右移，进行横向跟踪。该技术的特点是非接触式，反馈的信号是二维的焊缝坡口形状，通过计算机比较程序，能够较准确地进行跟踪调整。缺点是焊机控制系统复杂，设备耐用度不高，并且激光传感器测量点不在焊接电弧中心处，存在着跟踪精度不高的缺点。

目前，公知的钨极氩弧焊电弧摆动装置均为机械式摆动器，即利用电机驱动机械机构，使钨极氩弧焊枪进行机械摆动或使钨极进行机械摆动，通过调节电机转速和机械执行机构的摆动幅度来控制焊枪或钨极的摆动频率和摆动幅度，从而达到控制电弧的摆动频率和幅度。其缺点是设备结构复杂，电弧的摆动频率和幅度调节不方便，特别是不能在焊接过程中实时精确地控制和调节电弧摆动的频率、幅度和任意停留在电弧摆幅的两边或中间的时间。

三.发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种简单易行、精度准确且能随时跟踪焊接方向的利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法，同时提供一种设计新颖、利用电磁原理实现电弧摆动且能实时调节电弧摆动幅度、摆动频率及电弧在摆动过程中停留时间的钨极氩弧焊电弧摆动装置。

本发明的技术方案是：一种利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法，包括以下步骤：

a、在钨极氩弧焊焊枪上安装一个外壳，所述外壳内套装固定有线圈骨架，该线圈骨架上缠绕有线圈，所述线圈骨架的轴心孔内安装有磁靴，将所述磁靴的端部靠近焊枪的钨极针；

b、焊接时，线圈不通电，电弧停留在焊缝中间一段时间，此时焊机控制系统的计算机采集此时电弧的电压数值，并将采集的电压数值与计算机程序内的设定值进行比较，当采集的电弧电压值大于设定值时，表明电弧长度过长，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪下降，电弧长度缩短为正常值范围后，焊枪下降停止，自动调整结束；当采集的电弧电压值小于计算机程序内的设定值时，表明电弧长度过短，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪上升，电弧长度增长为正常值范围后，焊枪上升停止，自动调整结束；通过跟踪调整，使钨极针在高度方向上保持与工件焊缝的距离不变；

c、将线圈通上直流电，线圈产生的磁场集聚在磁靴的两端，该磁场与钨极针的电弧本身产生的磁场相遇并发生作用，使电弧发生偏摆，改变线圈电流的大小，即可改变电弧的摆动幅度，改变通过线圈的电流方向，即可改变电弧的偏摆方向，控制线圈的通电时间，即可控制电弧摆到一边停留的时间；当电弧摆动到一边并且停留一段时间，焊机控制系统的计算机采集此时电弧的电压数值；然后，当电弧采用相同的摆动幅度摆动到另一边并且停留一段时间时，焊机控制系统采集此时电弧的电压数值；焊接控制系统将采集的两个电弧的电压数值进行比较，计算出差值，通过驱动焊枪横向运动机构进行修正，使焊枪左移或者右移，使焊枪始终在焊缝坡口形状的对称中心；

d、电弧经过通电、不通电、反向通电一个摆动周期，焊枪完成一次上下和左右的跟踪调节过程。

所述线圈骨架的轴线与钨极针的轴线平行或垂直。

一种钨极氩弧焊电弧摆动装置，含有外壳和线圈，所述线圈缠绕在线圈骨架上，所述线圈骨架套装固定在所述外壳中，所述外壳通过连接支架固定在焊枪上，所述线圈骨架的轴心孔内安装有磁靴，所述磁靴的端部靠近焊枪的钨极针。

所述线圈骨架的轴线与焊枪的钨极针的轴线平行或垂直。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用焊接电弧本身进行摆动和双方向跟踪，彻底取代了现有的各种传统意义上的氩弧焊接电弧摆动和跟踪方法，在焊接电弧停留在焊缝中间时，电弧对焊缝进行高度方向的跟踪；当焊接电弧停留在焊缝的两边时，电弧对焊缝的横向进行跟踪，并且在焊接过程中对焊接电弧摆动参数和跟踪的电弧长度进行实时精确地调节和自动控制，为使被焊接焊缝性能达到各种技术要求提供了精确控制手段。

2、本发明利用电磁原理实现电弧摆动，而不是靠焊枪机械摆动带动电弧摆动，从而实现电弧本身真正意义上的摆动。

3.本发明在自动焊接中，通过用计算机控制线圈电流的大小、方向和停留时间，即可控制电弧的摆幅、摆动频率以及电弧在摆幅边缘和中间停留的时间，使焊接焊缝性能达到各种技术要求，对自动焊接领域有着重大的实际意义。

4、本发明线圈骨架的轴线与焊枪的钨极针的轴线平行或垂直，磁靴的端头靠近钨极针尖，便于调控电弧摆动。

5.本发明方法新颖独特且容易实施、装置设计新颖且结构简单，其适用范围广，尤其适用于坡口焊缝的打底焊接、单面焊双面成型、厚壁窄间隙等重要工件的焊接。

四.附图说明：

图1为本发明方法的工艺流程示意图之一；

图2为本发明方法的工艺流程示意图之二；

图3为本发明方法的工艺流程示意图之三；

图4为本发明装置的结构示意图之一；

图5为本发明装置的结构示意图之二；

图6为图5所示本发明装置的右视结构图。

五.具体实施方式：

实施例一：参见图1-图4，图中，1-连接支架，2-线圈，3-线圈骨架，4-磁靴，5-外壳，6-焊枪，7-钨极针，8-电弧，9-工件。

钨极氩弧焊电弧摆动装置含有外壳5和线圈2，线圈2缠绕在线圈骨架3上，线圈骨架3套装固定在外壳5中，外壳5通过连接支架1固定在焊枪6上，线圈骨架3的轴心孔内安装有磁靴4，磁靴4的端部靠近焊枪6的钨极针7。线圈骨架3的轴线与焊枪6的钨极针7的轴线平行。

焊接时，线圈2不通电，电弧8停留在工件9焊缝中间一段时间，此时焊机控制系统的计算机采集此时电弧8的电压数值，并将采集的电压数值与计算机程序内的设定值进行比较，当采集的电弧8的电压值大于设定值时，表明电弧8长度过长，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪下降，电弧8长度缩短为正常值范围后，焊枪下降停止，自动调整结束；当采集的电弧8的电压值小于计算机程序内的设定值时，表明电弧8长度过短，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪上升，电弧8长度增长为正常值范围后，焊枪上升停止，自动调整结束；通过跟踪调整，使钨极针7在高度方向上保持与工件9焊缝的距离不变；

将线圈2通上直流电，线圈2产生的磁场集聚在磁靴4的两端，该磁场与钨极针7的电弧本身产生的磁场相遇并发生作用，使电弧8发生偏摆，改变线圈2电流的大小，即可改变电弧8的摆动幅度，改变通过线圈2的电流方向，即可改变电弧8的偏摆方向，控制线圈2的通电时间，即可控制电弧8摆到一边停留的时间；当电弧8摆动到一边并且停留一段时间，焊机控制系统的计算机采集此时电弧8的电压数值；然后，当焊接电弧8采用相同的摆动幅度摆动到另一边并且停留一段时间时，焊机控制系统采集此时电弧8的电压数值；焊接控制系统将采集的两个电弧8的电压数值进行比较，计算出差值，通过驱动焊枪横向运动机构进行修正，使焊枪6左移或者右移，使焊枪6始终在焊缝坡口形状的对称中心；

电弧8经过通电、不通电、反向通电一个摆动周期，焊枪完成一次上下和左右的跟踪调节过程。利用计算机程序控制线圈2通过直流电流的方向、大小、通电时间和停止通电时间，也就控制了电弧8的摆幅、摆频和电弧8停留左、中、右的时间，便于进行实时位置跟踪。

实施例二：参见图5和图6，本实施例与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：线圈骨架3的轴线与焊枪6的钨极针7的轴线垂直。

改变磁靴的具体结构、改变外壳的具体结构以及改变磁靴和外壳之间的具体连接方式能够组成多个实施例，均为本发明的常见变化，在此不一一详述。

Claims (4)

1.一种利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法，包括以下步骤：

a、在钨极氩弧焊焊枪上安装一个外壳，所述外壳内套装固定有线圈骨架，该线圈骨架上缠绕有线圈，所述线圈骨架的轴心孔内安装有磁靴，将所述磁靴的端部靠近焊枪的钨极针；

b、焊接时，线圈不通电，电弧停留在焊缝中间一段时间，此时焊机控制系统的计算机采集此时电弧的电压数值，并将采集的电压数值与计算机程序内的设定值进行比较，当采集的电弧电压值大于设定值时，表明电弧长度过长，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪下降，电弧长度缩短为正常值范围后，焊枪下降停止，自动调整结束；当采集的电弧电压值小于计算机程序内的设定值时，表明电弧长度过短，这时计算机将自动调节焊枪升降机构，使焊枪上升，电弧长度增长为正常值范围后，焊枪上升停止，自动调整结束；通过跟踪调整，使钨极针在高度方向上保持与工件焊缝的距离不变；

c、将线圈通上直流电，线圈产生的磁场集聚在磁靴的两端，该磁场与钨极针的电弧本身产生的磁场相遇并发生作用，使电弧发生偏摆，改变线圈电流的大小，即可改变电弧的摆动幅度，改变通过线圈的电流方向，即可改变电弧的偏摆方向，控制线圈的通电时间，即可控制电弧摆到一边停留的时间；当电弧摆动到一边并且停留一段时间，焊机控制系统的计算机采集此时电弧的电压数值；然后，当电弧采用相同的摆动幅度摆动到另一边并且停留一段时间时，焊机控制系统采集此时电弧的电压数值；焊接控制系统将采集的两个电弧的电压数值进行比较，计算出差值，通过驱动焊枪横向运动机构进行修正，使焊枪左移或者右移，使焊枪始终在焊缝坡口形状的对称中心；

d、电弧经过通电、不通电、反向通电一个摆动周期，焊枪完成一次上下和左右的跟踪调节过程。

2.根据权利要求1所述的利用钨极氩弧焊接电弧摆动进行双方向自动跟踪的方法，其特征是：所述线圈骨架的轴线与钨极针的轴线平行或垂直。

3.一种钨极氩弧焊电弧摆动装置，含有外壳和线圈，其特征是：所述线圈缠绕在线圈骨架上，所述线圈骨架套装固定在所述外壳中，所述外壳通过连接支架固定在焊枪上，所述线圈骨架的轴心孔内安装有磁靴，所述磁靴的端部靠近焊枪的钨极针。

4.根据权利要求3所述的钨极氩弧焊电弧摆动装置，其特征是：所述线圈骨架的轴线与焊枪的钨极针的轴线平行或垂直。

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