CN106180995A - 焊接用背光检测机构、单面焊双面成型自动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焊接用背光检测机构、单面焊双面成型自动控制装置及方法，检测机构包括用于检测焊接时焊缝背侧红光强度的背光检测传感器，外壳，背光检测传感器设于外壳内，外壳内和/或外壳外设有用于冷却背光检测传感器的水冷结构；和/或外壳设有吹气孔，外壳通过吹气孔吹入惰性气体以提高焊缝背侧成型质量并冷却背光检测传感器；本发明中使用背光传感器对焊缝背侧成型状态进行实时监测，直接以背侧成型状态为控制目标，大大提高焊接效果的可靠性，极大的减少未熔透以及过溶现象；背光传感器使用水冷方式进行冷却，同时可通入保护气体如氩气，减少因灰尘、烟雾对传感器造成的影响，降低温度对传感器稳定性的影响，提高背光检测机构的使用寿命。

Description

焊接用背光检测机构、单面焊双面成型自动控制装置及方法

技术领域

本发明涉及单面焊双面成型焊接，具体涉及焊接用背光检测机构、单面焊双面成型自动控制装置及方法。

背景技术

在焊接压力容器环缝、筒体堆焊、小管径管管焊等需对容器、管道单面焊双面成型的情况下，需要筒体在两个滚轮架上匀速旋转。由于容器筒体的圆柱度差(筒体表面凹凸不平、卷制筒体存在锥度、卷制后对接纵焊缝存在余高等)，筒体存在上下跳动现象，这会引起焊接不均匀情况发生。为了解决上述问题，现在市面上有依靠弧压跟踪方法来提高焊接质量的产品。由于电压反馈存在一定滞后性，且现有的弧压跟踪系统仅以焊接电压作为主要参考数据，这导致焊缝背侧存在由于弧压跟踪临界状态的存在而产生未熔合、过熔等现象的可能。在小管径长管的焊接过程中，焊缝背面的检测只能依赖于射线探伤或内窥镜目测检查。此种方式漏检率高，检测成本极高。对于海工等高要求的焊接工况，常常会由此引起工件报废,返修也极其困难。此外，若坡口质量难以保证，间隙过大，弧压检测将失去作用。

此外，现有焊接中有采用背光传感器以跟踪焊接状态，但焊接处温度较高，传感器处于裸露环境中，散热不到位，容易影响传感器的检测准确度和使用寿命，背光传感器检测不准确，则影响焊缝成型质量。

因此，需要对单面焊双面成型中的焊接进行有效监测，以达到较好的焊接效果，满足生产需求。

发明内容

针对上述问题，为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供焊接用背光检测机构。该背光检测机构可用于检测焊接时焊接状况，通过水冷结构对传感器周围环境进行降温冷却，有效保证传感器的使用寿命。

本发明的第二目的是提供单面焊双面成型自动控制装置，该装置的控制系统根据背光检测机构采集的焊接信息与弧压采集机构采集的弧压信号，对焊机的焊接电流、焊枪的动作进行有效控制，以保证焊接过程的稳定性。

本发明第三目的是提供单面焊双面成型自动控制方法，该控制方法可实现对焊接电流的有效控制，从而有效控制焊缝成型质量，保证焊接效果。

本发明提供的第一个方案是：

焊接用背光检测机构，包括：

用于检测焊接时焊缝背侧红光强度的背光检测传感器，

外壳，背光检测传感器设于外壳内，外壳内和/或外壳外设有用于冷却背光检测传感器的水冷结构；和/或外壳设有吹气孔，外壳通过吹气孔吹入惰性气体以提高焊缝背侧成型质量并冷却背光检测传感器；水冷结构贴合在外壳外壁，用于对外壳及背光检测传感器进行降温，以提高背光检测传感器的检测稳定性。

外壳表面至少一侧设置滤光板，滤光板为滤光玻璃或者滤光塑料，焊接产生的光通过滤光板照射到背光检测传感器；外壳用于保护传感器，配合水冷结构或者吹气孔的设置，惰性气体起到保护焊缝背侧、冷却传感器的作用，有效减少因灰尘、烟雾对传感器造成的影响，降低温度对传感器稳定性的影响，提高传感器的使用寿命。

其中，所述背光检测传感器为红光传感器，红光传感器用于检测焊接过程中工件背测的红光强弱，在实践中，如果红光弱，说明焊接电流较小，如红光强，说明焊接电流大，而理论上，焊接时，焊缝背侧的红光应处在一个范围内，对薄壁的工件，红光太强，则表明电流过大，容易焊透工件。对较长较细的管焊接时，热量较为集中，管内背光处温度可达到200摄氏度左右，采用普通的传感器容易烧坏，而且温度基本上一直在这个范围内，如果采用温度传感器对焊缝状态进行检测，检测数据并不能反映真实情况，依然容易导致焊透现象的产生。

所述背光检测传感器为光照强度传感器，为了方便对背光检测传感器的更换，所述滤光板可拆卸设置于外壳一侧，背光检测传感器的头部对准滤光板，滤光玻璃为红滤光玻璃，通过滤光玻璃有效保证红光传感器检测到的红光状态。

对管管焊接，为了方便将背光装置送入管内，所述外壳与伸缩杆连接以将外壳送入到需焊接处的背面，外壳距离需要焊接处的水平距离为5cm～15cm之间，这样检测红光的状态较好，伸缩杆可为电动伸缩杆，在对水平设置的两个管进行焊接时，伸缩杆的端部通过支架进行固定。

所述水冷结构包括与水箱连通的管路，管路上设置循环泵以用循环水对背光检测传感器处进行冷却，管路一端为管路入口，该入口与水箱连接，水箱外设置风扇用于散热，管路另一端可回流至水箱亦可用于其他用途；优选地，所述管路呈S型结构布置。

本发明提供的第二个方案是：

单面焊双面成型自动控制装置，包括控制系统和焊接用背光检测机构，控制系统与背光检测机构连接，控制系统通过背光检测传感器采集的信息控制焊枪的高度、送丝速度及焊接电流大小，焊机用于向焊枪提供电压、电流，控制系统与焊枪、送丝机、焊机分别单独连接。

控制装置还包括弧压采集机构，弧压采集机构与所述的控制系统连接，控制系统通过弧压采集机构采集的信息控制焊接电流和送丝机送丝速度的变化。

通过上述自动控制装置的设置，由背光检测机构对焊缝背侧成型状态进行实时检测，直接以背侧成型状态为控制目标，根据背光检测机构和弧压采集机构采集的信息反馈给控制系统，控制系统调节焊枪的高度、送丝速度和焊接电流大小，可有效提高焊接效果的可靠性，极大的减少未熔透以及过溶现象。

所述背光检测机构与伸缩杆连接以将背光检测机构送入到需焊接处的背面。

所述弧压采集机构包括滤波部件和信号稳定部件，弧压采集机构设置在焊枪的两端，在焊枪焊接开始时有高压输出，滤波部件可有效避免烧坏，二滤波部件在焊接过程中，可有效减小电磁干扰，信号稳定部件将信号传送至控制系统。

所述焊枪固定于焊枪夹持机构，所述的控制系统与焊枪动力源连接，焊枪动力源与丝杠连接，丝杠通过滑座与焊枪夹持机构相连以带动焊枪运动。

此外，所述控制系统带有可操作的显示单元。

本发明提供的第三个方案是：

单面焊双面成型自动控制方法，采用所述的自动控制装置。

具体控制步骤如下：

1)控制系统判断弧压信号是否正常，若正常，控制系统检测背光检测器状态是否有效，若有效，控制系统实时调节焊接电流，若无效，调整系统检测背光检测器；

2)若弧压信号不正常，调节焊枪高度，调节后，控制系统检测背光检测器状态是否有效，若有效，继续实时调节焊接电流，若无效，调整系统检测背光检测器；

在控制系统中设置红光强度标准范围参数；

3)经控制系统检测后，若红光强度低于设定范围而弧压依然低于设置参数，焊枪将停止调高，降低送丝速度并加大电流；若红光强度高于设定范围而弧压依然高于设置参数，控制系统将控制焊枪适当降低电流并加快送丝速度，并控制焊枪回落。

本发明的有益效果是：

1)使用背光传感器对焊缝背侧成型状态进行实时监测，直接以背侧成型状态为控制目标，大大提高焊接效果的可靠性，极大的减少未熔透以及过溶现象。

2)背光传感器使用水冷方式进行冷却，同时可通入保护气体如氩气，减少因灰尘、烟雾对传感器造成的影响，降低温度对传感器稳定性的影响，提高背光检测机构的使用寿命。

3)采用伺服电机，响应速度快，精度高，控制系统处理速度快，稳定性强。

4)通过弧压、背光信号相互作用，协同工作，有效提高系统可靠性，极大提升了焊接质量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中，1.焊枪，2.工件，3.水箱，4.氩气，5.伸缩杆，6.控制系统，7.显示屏，8.背光检测传感器，9.焊接电源，10.数据传输线。

具体实施方式

下面结合说明书附图具体实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

如图1所示，焊接用背光检测机构，包括：

用于检测焊接时焊缝背侧红光强度的背光检测传感器8，

外壳，背光检测传感器8于外壳内，外壳中设有水冷结构，外壳设有吹气孔，外壳通过吹气孔吹入惰性气体如氩气4；外壳用于保护背光检测传感器8，配合水冷结构及吹气孔的设置，有效减少因灰尘、烟雾对背光检测传感器8造成的影响，降低温度对背光检测传感器8稳定性的影响，提高传感器的使用寿命，外壳可贴合传感器的形状设置即可，为了方便对背光检测传感器的更换，所述外壳一侧为可拆卸的滤光板，背光检测传感器的头部与滤光板平行且对准焊缝或者与焊缝所在面平行，在外壳的其他侧壁设置水冷机构以进行冷却降温，出气孔设于外壳与滤光板同侧，以保证背侧焊缝的成型质量。

其中，所述背光检测传感器8为红光传感器，红光传感器用于检测焊接过程中的背测红光强弱，如果红光弱，说明焊接电流较小。

对管管焊接，为了方便将背光装置送入管内，所述外壳与伸缩杆连接以将外壳送入到需焊接处的背面，伸缩杆可为电动伸缩杆，在对水平设置的两个管进行焊接时，伸缩杆的端部通过支架进行固定。

所述水冷结构包括与水箱3连通的管路，管路上设置循环泵以用循环水对背光检测传感器8处进行冷却，，管路一端为管路入口，该入口与水箱连接，水箱外设置风扇用于散热，管路另一端可回流至水箱亦可用于其他用途。

实施例2

如图1所示，对两个管进行焊接，单面焊双面成型自动控制装置，包括：

实施例1所述的背光检测机构，该装置通过电动伸缩杆5深入到需要焊接的管内，设置位置靠近焊接面处，红光传感器将焊缝背侧红光状态转为4-20ma信号，输入至控制系统。

弧压采集机构：弧压采集机构包括滤波部件和信号稳定部件，弧压采集机构设置在焊枪的两端，在焊枪焊接开始时有高压输出，滤波部件可有效避免烧坏，二滤波部件在焊接过程中，可有效减小电磁干扰，信号稳定部件处理信号为4-20mA信号传送至控制系统。

焊枪1：焊枪1固定于焊枪夹持机构，所述的控制系统6与焊枪动力源连接，焊枪动力源与丝杠连接，丝杠通过滑座与焊枪夹持机构相连以带动焊枪运动，送丝机中焊丝穿过焊枪1，焊丝与焊接电源9连接，焊接电源9通过数据传输线10与控制电源连接，通过控制系统6控制焊接电流大小；送丝机由数字电位器控制，数字电位器输出一组浮动的电阻量信号，电阻量信号与焊机模拟电位器匹配，从而控制焊机的电流、电压等参数。通过控制系统直接驱动送丝机，从而控制送丝量，控制焊缝成型效果。

控制系统6：控制系统6为带有显示屏7的PLC控制器，采用PID控制算法，控制系统6与送丝机、焊枪动力源如伺服电机分别单独连接，可实现对焊丝的速度、伺服电机进行调节，调整送丝速度和焊枪1的高度，并实现对焊接电流大小信号的调节。

在工作过程中单面焊双面成型自动控制装置的使用步骤如下：

1)首先控制系统判断弧压信号是否正常，若正常，控制系统检测背光检测器状态是否有效，若有效，控制系统实时调节焊接电流，若无效，调整系统检测背光检测器；

2)若弧压信号不正常，调节焊枪高度，调节后，控制系统检测背光检测器状态是否有效，若有效，继续实时调节焊接电流，若无效，调整系统检测背光检测器；

若红光强度低于设定范围而弧压依然低于设置参数，焊枪将停止调高，适当降低送丝速度并加大电流；若红光强度高于设定范围而弧压依然高于设置参数，控制系统将控制焊枪适当降低电流并加快送丝速度，并控制焊枪回落。

单面焊双面成型自动控制装置的具体使用如下：

1)固定工件2：将需焊接的工件2置于转台上并使用卡盘夹紧，防止管子窜动，将另一侧管子与主动轮压紧；

2)传感器就位：通过可伸缩固定杆深入到管内，在靠近焊缝处任意位置固定，保证传感器探头朝向焊接处，旋转工件，保证传感器与工件无干涉现象；

3)参数输入：根据焊接工艺要求输入焊接电压范围、电流范围、填丝速度范围，输入起弧电流、焊接电压并确保无错误；

4)焊接准备：将焊枪1调整至焊缝上方并调节至合适位置，调节送丝支架保证送丝顺畅且距离合适；

5)起弧：操作控制系统6的起弧按键，焊机起弧，焊接开始，背光检测传感器8采集信号进行处理，并进行自动控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.焊接用背光检测机构，其特征在于，包括：

用于检测焊接时焊缝背侧红光强度的背光检测传感器，

外壳，背光检测传感器设于外壳内，外壳内和/或外壳外设有用于冷却背光检测传感器的水冷结构；和/或外壳设有吹气孔，外壳通过吹气孔吹入惰性气体以提高焊缝背侧成型质量并冷却背光检测传感器；

外壳表面至少一侧设置滤光板，焊接产生的光通过滤光板照射到背光检测传感器。

2.根据权利要求1所述的焊接用背光检测机构，其特征在于，所述背光检测传感器为光照强度传感器。

3.根据权利要求2所述的焊接用背光检测机构，其特征在于，所述滤光板可拆卸设置于外壳一侧，背光检测传感器的头部对准滤光板。

4.根据权利要求1所述的焊接用背光检测机构，其特征在于，所述水冷结构包括与水箱连通的管路，管路上设置循环泵以用循环水对背光检测传感器处进行冷却。

5.根据权利要求4所述的焊接用背光检测机构，其特征在于，所述管路呈S型结构布置。

6.单面焊双面成型自动控制装置，其特征在于，包括控制系统和如权利要求1-5中任一项所述的焊接用背光检测机构，控制系统与背光检测机构连接，控制系统通过背光检测传感器采集的信息控制焊枪的高度、送丝速度及焊接电流大小。

7.根据权利要求6所述的单面焊双面成型自动控制装置，其特征在于，还包括弧压采集机构，弧压采集机构与所述的控制系统连接，控制系统通过弧压采集机构采集的信息控制焊接电流和送丝机送丝速度的变化。

8.根据权利要求6所述的单面焊双面成型自动控制装置，其特征在于，所述背光检测机构与伸缩杆连接以将背光检测机构送入到需焊接处的背面。

9.单面焊双面成型自动控制方法，其特征在于，采用如权利要求6-8中任一项所述的自动控制装置。

10.如权利要求9所述的自动控制方法，其特征在于，具体控制步骤如下：

1)控制系统判断弧压信号是否正常，若正常，控制系统检测背光检测器状态是否有效，若有效，控制系统实时调节焊接电流，若无效，调整系统检测背光检测器；

2)若弧压信号不正常，调节焊枪高度，调节后，控制系统检测背光检测器状态是否有效，若有效，继续实时调节焊接电流，若无效，调整系统检测背光检测器；

3)经控制系统检测后，若红光强度低于设定范围而弧压依然低于设置参数，焊枪将停止调高，降低送丝速度并加大电流；若红光强度高于设定范围而弧压依然高于设置参数，控制系统将控制焊枪适当降低电流并加快送丝速度，并控制焊枪回落。