CN114505561A - 一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置 - Google Patents
一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114505561A CN114505561A CN202210177631.5A CN202210177631A CN114505561A CN 114505561 A CN114505561 A CN 114505561A CN 202210177631 A CN202210177631 A CN 202210177631A CN 114505561 A CN114505561 A CN 114505561A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- arc
- magnetic field
- external magnetic
- blow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 232
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 227
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 24
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 25
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UZHDGDDPOPDJGM-UHFFFAOYSA-N Stigmatellin A Natural products COC1=CC(OC)=C2C(=O)C(C)=C(CCC(C)C(OC)C(C)C(C=CC=CC(C)=CC)OC)OC2=C1O UZHDGDDPOPDJGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- IADRPEYPEFONML-UHFFFAOYSA-N [Ce].[W] Chemical compound [Ce].[W] IADRPEYPEFONML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/08—Arrangements or circuits for magnetic control of the arc
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/235—Preliminary treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/32—Accessories
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
本发明公开了一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置，装置包括视觉传感系统、外加磁场控制系统和计算机处理系统；视觉传感系统用于实时获取电弧穿孔焊的焊接电弧的图像，并将获取到的信息发送至计算机处理系统；计算机处理系统用于处理视觉传感系统采集的焊接电弧的信息确定此时焊接电弧的形态，并根据此时焊接电弧的形态得到外加磁场控制系统的控制方案；外加磁场控制系统与焊枪随动且保证焊接处处于外加磁场的作用下，外加磁场控制系统根据获取的外加磁场控制系统的控制方案实时调整外加磁场。本发明的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，能够实现对焊接全过程电弧形态的实时矫正，可控性好，适用性强，装置简单易用，成本低廉，应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及电弧穿孔焊技术领域，涉及一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置。
背景技术
电弧穿孔焊，如等离子弧焊、STIG等，都是一种利用高能量密度的电弧来实现大熔深的高效焊接方式，可在不开坡口、不填充焊材的情况下，一次性焊透3～16mm厚度的金属钢板，实现了单面焊双面成形，大大提高了焊接效率。
但在实际使用时，电弧穿孔焊经常会出现磁偏吹现象，导致穿孔效率下降，匙空稳定性降低，焊缝成形效果不理想，根本原因在于焊接电弧周围的空间磁场分布不均。引弧与收弧时靠近工件边缘地方会比远离工件边缘地方的磁通密度大，导线接线位置决定的工件内部横向电流走向会产生附加磁场干扰等等，都会造成磁偏吹现象。其中，当焊接低碳钢等铁磁性材料时，工件焊过的局部区域因高温而消磁，而未焊部分依然保持铁磁性，这就引起电弧空间中磁场分布不均匀，进而使电弧出现严重的磁偏吹，这种情况在电弧穿孔焊中表现得尤为明显。
为解决电弧穿孔焊存在的磁偏吹问题，CN 201922031579.9提供了一种磁偏吹矫正焊接装置，其具体是在电流方向一侧加设连接到焊枪的矫正板，保证其能够和焊枪一起移动，由于矫正板为金属材质，其磁导率远高于周围材质，改善电弧周围的磁力线分布(即矫正导线布置产生的干扰磁场)，从而起到矫正电弧的目的，虽然其整体装置结构简单，操作简单，但在焊接过程中矫正板不能随意变动，难以实现对电弧形态实时调整，矫正板利用定性的磁力线分布规律改善磁场分布，难以实现精确的定量调节，矫正板对电弧形态的矫正能力与其材质、大小、形状有关，作用效果存在上限；CN 201811057043.8公开了“一种利用外加磁场扩大装置的直流焊焊接电弧磁偏吹控制方法，其在焊件两侧装有磁场扩大装置，磁场扩大装置与电源负极相连，扩大了电流形成磁场的影响范围，使整条焊缝落入磁场影响区域的内部无磁场区域，进而消除了电弧磁偏吹副作用，该方法虽然能够有效的解决电弧磁偏吹对直流焊焊缝起弧段和熄弧段的影响，但在焊件两端夹持的磁场扩大装置需要考虑焊件大小、形状等因素，尤其是焊接大件时，其扩大装置有效范围减小，调节能力减弱，导致其适用范围变窄。
因此，开发一种适用性好且能够实现对电弧形态实时调整的电弧穿孔焊磁偏吹矫正方法或装置极具现实意义。
发明内容
由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种适用性好且能够实现对电弧形态实时调整的电弧穿孔焊磁偏吹矫正装置及其应用方法，以解决现有电弧穿孔焊磁偏吹矫正装置适用性差、无法对电弧形态实时调整且调节能力较差的问题，应用该装置能够克服当前电弧穿孔焊在实际使用中，尤其是焊接低碳钢等铁磁性材料时经常会出现严重的磁偏吹影响焊接过程与质量的问题，能够保证焊接顺利进行。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，包括视觉传感系统、外加磁场控制系统和计算机处理系统，所述视觉传感系统、计算机处理系统及外加磁场控制系统依次连接；
所述视觉传感系统用于实时获取电弧穿孔焊的焊接电弧的图像，并将获取到的信息发送至计算机处理系统；
所述计算机处理系统用于处理视觉传感系统采集的焊接电弧的信息确定此时焊接电弧的形态，并根据此时焊接电弧的形态得到外加磁场控制系统的控制方案；
所述外加磁场控制系统与焊枪随动且保证焊接处处于外加磁场的作用下，外加磁场控制系统根据获取的外加磁场控制系统的控制方案实时调整外加磁场。
本发明的外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置是配合电弧穿孔焊接设备使用的，电弧穿孔焊接设备一般包括依次连接的保护气瓶、焊接电源和焊枪，焊接电源负极连接焊枪，正极连接工件。
本发明的外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，设计合理，利用视觉传感系统、计算机处理系统及外加磁场控制系统三者相互配合，能够实现对磁场的实时调控，能够矫正多种混合因素引起的磁偏吹现象，同时其装置简单易用，适用性好，成本低廉，极具应用前景。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，所述焊枪两侧装有连接杆，两侧的连接杆位于一条直线上且该直线与焊枪的轴线相交。
如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，两侧连接杆所在的直线平行于工件且与焊接方向垂直。
如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，所述视觉传感系统包括滤光片和视觉传感器，所述视觉传感器与计算机处理系统信号连接；
所述滤光片布置在所述视觉传感器的镜头前，滤光片完全覆盖视觉传感器的镜头且其与镜头始终保持平行(滤光片能够起到减弱弧光、烟尘、飞溅等光辐射干扰的作用)，所述视觉传感器通过连接杆固定且视觉传感器相对焊枪对称布置，视觉传感器的镜头的拍摄方向垂直于焊接方向。
如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，所述外加磁场控制系统包括两个环形导线线圈和磁控电源，所述磁控电源与两个环形导线线圈电连接且两个环形导线线圈串联，所述磁控电源与与计算机处理系统信号连接；
两个环形导线线圈通过连接杆对称固定在焊枪的两侧即两环形导线线圈与焊枪的间距相同。
如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，所述环形导线线圈为圆形，两环形导线线圈的间距等于环形导线线圈的半径，在两环形导线线圈之间产生较大面积均匀磁场以使得焊枪处在该磁场内；
所述连接杆的材质为非导磁材料；
所述视觉传感器为线阵CCD相机，兼顾了采集速度和抗干扰能力。
工件两侧与焊接电源正极相接。
如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，所述计算机处理系统包括相互连接的计算机和采集卡，所述计算机通过采集卡分别与视觉传感器、磁控电源连接。计算机从采集卡读取焊接电弧的光感信息并分析处理，随后向采集卡发送指令调节磁控电源的输出电流大小和方向，从而改变线圈之间产生的均匀磁场强度和方向。
此外，本发明还提供了运用如上所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，包括如下步骤：
(1)电弧穿孔焊开始，焊枪以焊接速度向前方移动(此时视觉传感器、两导线线圈通过连接杆与焊枪随动)，视觉传感器实时采集焊接区域的图像信息并将采集到的信息发送至计算机处理系统；
(2)计算机处理系统处理焊接区域的图像信息，获得焊接电弧磁偏吹的方向和程度；
(3)计算机处理系统根据焊接电弧磁偏吹的方向和程度得到外加磁场控制系统的控制方案，外加磁场控制系统根据所述控制方案调整外加磁场以矫正焊接电弧形态；
(4)判断焊接过程是否完成，如否则返回步骤(1)，反之关闭外加磁场控制系统。
作为优选的技术方案：
如上所述的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，在焊接过程中视觉传感器、两导线线圈、焊枪始终垂直于工件；
所述焊接电弧磁偏吹的方向和程度是通过采集到的焊接电弧的图像中焊接电弧中线左、右侧的亮度信息来确定的，所述亮度信息是通过视觉传感器光感知点的电压来反映的。
如上所述的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，所述根据焊接电弧磁偏吹的方向和程度得到外加磁场控制系统的控制方案具体为：根据焊接电弧磁偏吹的方向和程度控制磁控电源进而调整两导线线圈的通电电流的方向和大小；如焊接电弧发生左偏，两个圆形导体线圈则通以逆时针方向的电流，线圈之间产生从左导体线圈指向右导体线圈的轴向均匀磁场；如焊接电弧发生右偏，两个圆形导体线圈则通以顺时针方向的电流，线圈之间产生从右导体线圈指向左导体线圈的轴向均匀磁场，随后均匀磁场对焊接电弧产生影响，从而矫正焊接电弧形态。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
(1)本发明的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，设计合理，提供外加磁场的线圈与视觉传感器能够与焊接设备一同移动，受工件形状、大小等因素影响较小，装置简单易用，能够矫正多种混合因素引起的磁偏吹现象，拓宽了其适用范围；
(2)本发明的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，在焊接过程中，计算机不断地对视觉传感器拍摄电弧形态进行分析和处理，进而控制磁控电源的输出电流来调整外加磁场的大小和方向，保证电弧与板件始终保持动态垂直，实现了对电弧形态的实时矫正；
(3)本发明的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，改变磁控电源提供的电流大小和方向，也会相应地改变两个圆形导体线圈之间产生的均匀磁场，实现了高度可控的外加磁场，对电弧形态的调节能力大大提高；
(4)本发明的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，有效地解决了电弧穿孔焊磁偏吹问题，尤其是焊接低碳钢等铁磁材料时的强烈磁偏吹现象，相比于现有技术，其具有适用性好且能够实现对电弧形态实时调整的优势，极具应用前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明的外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置的结构示意图；
图2为电弧穿孔焊磁偏吹产生的原理示意图；
图3为电弧穿孔焊设备—焊枪与视觉传感器、线圈连接的主视图；
图4为电弧穿孔焊设备—焊枪与视觉传感器、线圈连接的左视图；
图5为两个圆形导体线圈通电后产生均匀磁场的示意图；
图6为线阵CCD采集电弧对应的光信息示意图；
图7为外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹方法的作业流程图；
图8为发生磁偏吹时未矫正与矫正后的电弧形态示意图；
其中，1-保护气瓶，2-焊接电源，3-焊枪，4-滤光片，5-视觉传感器，6-磁控电源，7-左导线线圈，8-右导线线圈，9-计算机，10-采集卡，11-连接杆，12-工件，13-焊接电弧，13-1-不发生偏移的焊接电弧，13-2-发生左偏的焊接电弧，13-3-发生右偏的焊接电弧，14-1-左磁场，14-2-右磁场，15-焊接方向，16-线阵CCD光感知点，F右-电弧在磁场中受到使其向右侧偏移的力，F左-电弧在磁场中受到使其向左侧偏移的力，X1-电弧左偏移量，X2-电弧右偏移量。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明中的结构作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
电弧穿孔焊磁偏吹产生的原理如图2所示，焊接电弧(13)的弧柱区由等离子体构成，宏观上电弧呈中性，微观上由正、负电荷组成，且按电场方向运动形成电流。在焊接铁磁性材料初期，焊枪(3)以焊接速度(15)向右移动，焊接电弧(13)在包括空气与为铁磁性材料的工件(12)的两侧产生对称的左磁场(14-1)和右磁场(14-2)，磁场存在时，磁场对运动电子流及离子流产生力的作用，但此时的磁力线分布沿电弧轴线是均匀的，电弧在磁场中受到使其向右侧偏移的力F右与电弧在磁场中受到使其向左侧偏移的力F左相等，即F右＝F左，所以焊接电弧不发生偏移(13-1)。随着焊接过程进行，工件(12)的左侧由于焊接时的高温导致超过其居里点，焊缝及其周围部分导磁性下降，左磁场(14-1)强度减弱，左侧磁力线密度降低。由于破坏了原有的空间磁力线分布的均匀性，F右＜F左，所以焊接电弧(13)发生左偏(13-2)，出现了磁偏吹现象。随着焊接时间增加，焊接热量的积聚会使空间磁力线分布更加不均匀，磁偏吹更加严重，无法保证焊接质量，所以采取可控的外加磁场来矫正电弧形态，保证焊接顺利进行。
本发明的外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹装置如图1所示，其在电弧穿孔焊接设备基础上，加设了包含有视觉传感系统、外加磁场控制系统和计算机处理系统的外加磁场矫正装置。
电弧穿孔焊接设备主要包括依次连接的保护气瓶(1)、焊接电源(2)和焊枪(3)，焊接电源(2)负极连接焊枪，正极连接工件(12)，焊枪(3)沿着远离连接正极的工件(12)一侧进行焊接；视觉传感系统主要包括滤光片(4)与视觉传感器(5)，视觉传感器为线阵CCD式；外加磁场控制系统主要包括磁控电源(6)与两个圆形导体线圈((7)和(8))，磁控电源能够给串联相接的两个圆形导体线圈((7)和(8))供电，使其产生均匀磁场；计算机处理系统主要包括计算机(15)与采集卡(10)，计算机(15)与采集卡(10)连接，采集卡(10)与视觉传感器(5)、磁控电源(6)连接，计算机(15)从采集卡(10)读取焊接电弧(13)的光感信息并处理，随后向采集卡(10)发送指令调节磁控电源(6)的输出电流大小和方向，从而改变外加磁场的大小和方向。
如图3和图4所示，焊枪(3)两侧装有非导磁材质的连接杆(11)，两侧连接杆(11)在一条线上且与焊枪(3)轴线相交，方向与工件(12)平行，与焊接方向(15)垂直；视觉传感器(5)通过连接杆(11)置于焊枪(3)的右侧，关于焊枪(3)左右对称，镜头拍摄方向垂直于焊接方向(15)；滤光片(4)置于视觉传感器(5)的镜头前，能完全覆盖镜头并与其始终保持平行，起到减弱弧光、烟尘、飞溅等光辐射干扰的作用；两个线圈((7)和(8))通过也连接杆(11)与焊枪(3)相连，位于焊枪(3)两侧，左导线线圈(7)、右导线线圈(8)完全相同，左导线线圈(7)、右导线线圈(8)到焊枪(3)的距离相同且左导线线圈(7)与右导线线圈(8)之间的距离等于线圈的半径，这能使其产生较大面积的均匀磁场，如图5所示，右导线线圈(8)位于焊枪(3)与视觉传感器(5)之间。
工作原理：如图8所示，对低碳钢等铁磁性材料进行电弧穿孔焊接时，磁偏吹现象严重，沿着焊接方向(15)向右焊接时，由于焊接温度超过工件(12)的居里点而使它及其周围部分磁导率下降，左磁场(14-1)强度小于右磁场(14-2)强度，沿电弧轴线的磁力线分布不均匀，导致焊接电弧向左偏移(13-2)。通过磁控电源(6)给左导线线圈(7)、右导线线圈(8)通以逆时针的电流，产生补左削右的均匀磁场，从而改善空间磁力线分布，促使焊接电弧(13)向右矫正，得到不发生偏移的焊接电弧(13-1)。在焊接过程中，计算机(15)不断根据调整后的焊接电弧形态调控磁控电源6的电流大小和方向，保证焊接电弧(13)与工件(12)保持动态垂直。
具体工作流程：如图7所示，开始焊接时，启动线阵CCD(5)，其捕捉到焊接电弧(13)贴近工件(12)处的亮度信息，采集的信息通过采集卡(10)传输给计算机(15)处理，由计算机(15)设定合适的电压模拟量阈值，将其转化为数字01，完成图像二值化。
如图6所示，光照越强，对应线阵CCD光感知点(16)的电压会越高，其超过设定的电压模拟量阈值会以数字“1”的形式作为光信息被分析和处理，中线左侧高于设定电压阈值的记为电弧左偏移量X1，中线右侧高于设定电压阈值的记为电弧右偏移量X2，把X1减去X2的值记为X，即X的正负表示磁偏吹的偏移方向，X大于0表示左偏，X小于0表示右偏，X的绝对值用于表示磁偏吹的偏移程度。对于不发生偏移的焊接电弧(13-1)，线阵CCD(5)所获得的图像关于中线对称，即X＝X1-X2＝0；对于发生左偏的焊接电弧(13-2)，线阵CCD(5)所获得的图像会在向左侧偏移，即X＝X1-X2>0，且X＝∣X1-X2∣的值越大，左磁偏吹程度越严重；对于发生右偏的焊接电弧(13-3)，线阵CCD(5)所获得的图像会在向右侧偏移，即X＝X1-X2<0，且X＝∣X1-X2∣的值越大，右磁偏吹程度越严重。
根据测得的焊接电弧(13)磁偏吹的偏移方向和偏移程度，计算机(15)将其与设定允许误差Y进行比较，当∣X∣>Y时，认定发生磁偏吹，开始矫正，计算机(15)通过采集卡(10)控制磁控电源(6)，设定其输出电流的方向和大小，如果X＝X1-X2>0，即电弧向左偏移(13-2)，磁控电源(6)给两个圆形导体线圈通以逆时针电流，产生从左导线线圈(7)指向右导线线圈(8)的轴向均匀磁场来矫正电弧左磁偏吹，如果X＝X1-X2<0，即电弧向右偏移(13-3)，磁控电源(6)给两个圆形导体线圈通以顺时针电流，产生从右导线线圈(8)指向左导线线圈(7)的轴向均匀磁场来矫正电弧右磁偏吹。
在矫正的同时，线阵CCD(5)持续工作，磁控电源(6)最小分度为1mA，保证矫正过程的连续可控，避免过度矫正，计算机(15)不断地根据采集的焊接电弧(13)偏移数据调整磁控电源(6)参数，直至焊接电弧(13)完成矫正。
具体实施例
使用STIG焊对两块Q345低碳钢平板进行对接焊接，两平板尺寸一致，板厚8mm，板长1000mm，板宽200mm，焊接电流为400A，焊接保护气为99.999％高纯氩，气体流量为30L/min，焊速为0.5m/min，钨极材质为铈钨，钨极直径为5mm，钨极尖角为45°，钨极距离平板的距离为4mm。视觉传感器为线阵CCD式，滤光片为可见光透射比为0.1％的滤光片，两个圆形线圈材质为电木板，铝型材，PVC作为线圈的骨架材料，匝数为1000，磁控电源为专用的可编程型电源。
未加设外加磁场电弧穿孔焊磁偏吹矫正装置时，沿着Q345低碳钢平板对接处向右侧焊接，焊接电弧会出现向左侧的磁偏吹(13-2)的现象，X最大值为236，相反，沿着Q345低碳钢平板对接处向左侧焊接，焊接电弧会出现向右侧的磁偏吹(13-3)，X最小值为-198。
一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹方法采用如上所述的装置，具体是按以下步骤进行：
1)电弧穿孔焊接设备焊枪(3)上装有连接杆(11)，视觉传感器(5)、左导线线圈(7)和右导线线圈(8)通过连接杆(11)与焊枪(3)实现随动，计算机(15)设定亮度阈值和允许误差Y＝10；
2)线阵CCD(5)透过滤光片(4)拍摄焊接电弧(13)，采集此刻焊接区域图像信息，并经采集卡(10)送入计算机(15)；
3)计算机(15)接收到来自采集卡(10)的焊接图像信息，并对该图像进行分析和处理，根据前述的工作原理获得焊接电弧(13)磁偏吹的偏移程度，先判断∣X∣是否小于Y，当∣X∣>Y时进入步骤4)，否则回到步骤2)，继续进行拍摄与分析的工作；
4)确定电弧磁偏吹方向，根据测得的焊接电弧(13)信息，判断X是否大于0，当X>0时，判定为发生向左的磁偏吹(13-2)，计算机(15)通过采集卡(10)控制磁控电源(6)，若磁控电源(6)之前没有输出电流，则给两个圆形导体线圈((7)和(8))通以逆时针方向的电流1mA，否则增加磁控电源(6)输出电流1mA，线圈之间产生从左导线线圈(7)指向右导线线圈(8)的轴向均匀磁场，相反，当X<0时，判定为发生向右的磁偏吹(13-3)，除磁控电源(6)给两个圆形导体线圈((7)和(8))通以顺时针方向的电流外，其余动作和发生向左的磁偏吹方法一致，随后左导线线圈(7)与右导线线圈(8)之间产生均匀的磁场对焊接电弧(13)产生影响，从而矫正电弧形态；
5)判断焊接过程是否完成，如否则返回步骤2)即重复步骤2)、3)、4)，反之关闭外加磁场控制系统。
加设好外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹装置后，沿着Q345低碳钢平板对接处向右侧焊接，焊接电弧始终未出现严重的左磁偏吹(13-2)的现象，焊接电弧基本维持在无偏移状态(13-1)，X最大值为13，最小值为0，相反，若沿着Q345低碳钢平板对接处向左侧焊接，焊接电弧同样未出现严重右磁偏吹(13-3)，X最小值-11，最大值为3。
与未加设外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹装置对比，可以看出本发明能够有效地矫正电弧穿孔焊磁偏吹，尤其是焊接低碳钢等铁磁材料时的强烈磁偏吹现象。
需要注意的是，发明中所引用的如“左”、“右”、“之间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于：包括视觉传感系统、外加磁场控制系统和计算机处理系统，所述视觉传感系统、计算机处理系统及外加磁场控制系统依次连接；
所述视觉传感系统用于实时获取电弧穿孔焊的焊接电弧的图像，并将获取到的信息发送至计算机处理系统；
所述计算机处理系统用于处理视觉传感系统采集的焊接电弧的信息确定此时焊接电弧的形态，并根据此时焊接电弧的形态得到外加磁场控制系统的控制方案；
所述外加磁场控制系统与焊枪随动且保证焊接处处于外加磁场的作用下，外加磁场控制系统根据获取的外加磁场控制系统的控制方案实时调整外加磁场。
2.根据权利要求1所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于，所述焊枪两侧装有连接杆，两侧的连接杆位于一条直线上且该直线与焊枪的轴线相交。
3.根据权利要求2所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于，两侧连接杆所在的直线平行于工件且与焊接方向垂直。
4.根据权利要求2所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于，所述视觉传感系统包括滤光片和视觉传感器，所述视觉传感器与计算机处理系统信号连接；
所述滤光片布置在所述视觉传感器的镜头前，滤光片完全覆盖视觉传感器的镜头且其与镜头始终保持平行，所述视觉传感器通过连接杆固定且视觉传感器相对焊枪对称布置，视觉传感器的镜头的拍摄方向垂直于焊接方向。
5.根据权利要求4所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于，所述外加磁场控制系统包括两个环形导线线圈和磁控电源，所述磁控电源与两个环形导线线圈电连接且两个环形导线线圈串联，所述磁控电源与与计算机处理系统信号连接；
两个环形导线线圈通过连接杆对称固定在焊枪的两侧。
6.根据权利要求5所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于，所述环形导线线圈为圆形，两环形导线线圈的间距等于环形导线线圈的半径；
所述连接杆的材质为非导磁材料；
所述视觉传感器为线阵CCD相机。
7.根据权利要求5所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置，其特征在于，所述计算机处理系统包括相互连接的计算机和采集卡，所述计算机通过采集卡分别与视觉传感器、磁控电源连接。
8.运用如权利要求1～7所述的一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的装置矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)电弧穿孔焊开始，焊枪以焊接速度向前方移动，视觉传感器实时采集焊接区域的图像信息并将采集到的信息发送至计算机处理系统；
(2)计算机处理系统处理焊接区域的图像信息，获得焊接电弧磁偏吹的方向和程度；
(3)计算机处理系统根据焊接电弧磁偏吹的方向和程度得到外加磁场控制系统的控制方案，外加磁场控制系统根据所述控制方案调整外加磁场以矫正焊接电弧形态；
(4)判断焊接过程完成是否完成，如否则返回步骤(1)，反之关闭外加磁场控制系统。
9.根据权利要求8所述的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，其特征在于，在焊接过程中视觉传感器、两导线线圈、焊枪始终垂直于工件；
所述焊接电弧磁偏吹的方向和程度是通过采集到的焊接电弧的图像中焊接电弧中线左、右侧的亮度信息来确定的，所述亮度信息是通过视觉传感器光感知点的电压来反映的。
10.根据权利要求8所述的矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法，其特征在于，所述根据焊接电弧磁偏吹的方向和程度得到外加磁场控制系统的控制方案具体为：根据焊接电弧磁偏吹的方向和程度控制磁控电源进而调整两导线线圈的通电电流的方向和大小。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210177631.5A CN114505561B (zh) | 2022-02-24 | 一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210177631.5A CN114505561B (zh) | 2022-02-24 | 一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114505561A true CN114505561A (zh) | 2022-05-17 |
| CN114505561B CN114505561B (zh) | 2024-06-04 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116689974A (zh) * | 2023-08-07 | 2023-09-05 | 烟台大学 | 一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847568A (ja) * | 1981-09-16 | 1983-03-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 溶接ア−クの磁気吹きの防止法 |
| DE19545607C1 (de) * | 1995-12-07 | 1997-01-16 | Deutsche Waggonbau Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenbolzenschweißen in der Nähe lichtbogenablenkender Eisenmassen, insbesondere zum Bolzenschweißen mit Hubzündung |
| JP2012236222A (ja) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Daihen Corp | パルスアーク溶接の磁気吹き判別方法 |
| JP2013188790A (ja) * | 2012-03-15 | 2013-09-26 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | アーク溶接における溶接状態監視装置及び溶接状態監視方法 |
| CN203918177U (zh) * | 2014-06-09 | 2014-11-05 | 山东电力建设第一工程公司 | 一种用于消除持续性强磁场对焊接操作影响的装置 |
| CN106312252A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-01-11 | 攀钢集团工程技术有限公司 | 克服磁场对焊接电弧磁偏吹的方法 |
| CN108994427A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-14 | 江苏海事职业技术学院 | 一种利用外加磁场扩大装置的直流焊焊接电弧磁偏吹控制方法 |
| CN211305162U (zh) * | 2019-11-21 | 2020-08-21 | 孙民康 | 一种磁偏吹矫正焊接装置 |
| CN113857623A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-31 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种铁磁性钢gtaw窄间隙焊接的磁控摆动电弧磁路装置及应用 |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847568A (ja) * | 1981-09-16 | 1983-03-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 溶接ア−クの磁気吹きの防止法 |
| DE19545607C1 (de) * | 1995-12-07 | 1997-01-16 | Deutsche Waggonbau Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenbolzenschweißen in der Nähe lichtbogenablenkender Eisenmassen, insbesondere zum Bolzenschweißen mit Hubzündung |
| JP2012236222A (ja) * | 2011-05-13 | 2012-12-06 | Daihen Corp | パルスアーク溶接の磁気吹き判別方法 |
| JP2013188790A (ja) * | 2012-03-15 | 2013-09-26 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | アーク溶接における溶接状態監視装置及び溶接状態監視方法 |
| CN203918177U (zh) * | 2014-06-09 | 2014-11-05 | 山东电力建设第一工程公司 | 一种用于消除持续性强磁场对焊接操作影响的装置 |
| CN106312252A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-01-11 | 攀钢集团工程技术有限公司 | 克服磁场对焊接电弧磁偏吹的方法 |
| CN108994427A (zh) * | 2018-09-11 | 2018-12-14 | 江苏海事职业技术学院 | 一种利用外加磁场扩大装置的直流焊焊接电弧磁偏吹控制方法 |
| CN211305162U (zh) * | 2019-11-21 | 2020-08-21 | 孙民康 | 一种磁偏吹矫正焊接装置 |
| CN113857623A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-31 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种铁磁性钢gtaw窄间隙焊接的磁控摆动电弧磁路装置及应用 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116689974A (zh) * | 2023-08-07 | 2023-09-05 | 烟台大学 | 一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法 |
| CN116689974B (zh) * | 2023-08-07 | 2023-10-13 | 烟台大学 | 一种厚板窄间隙激光复合焊接防电弧偏吹装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108890102B (zh) | 一种磁控等离子弧摆动的方法 | |
| EP2701873B1 (en) | Methods and apparatuses for heavy plate joining with hybrid laser and submerged-arc welding process | |
| CN109530864B (zh) | 一种用磁场控制tig电弧的焊缝跟踪传感器 | |
| EP1231009B1 (en) | Welding method in the overhead position | |
| CN103128423B (zh) | 外加高频磁场的激光tig电弧同轴复合焊接方法及装置 | |
| CN101767246B (zh) | 一种提高tig焊接速度的装置和方法 | |
| CN102211238A (zh) | 弧焊方法和弧焊设备 | |
| CN107042351B (zh) | 一种非熔化极气体保护焊焊丝端部位置判定方法 | |
| WO2020052049A1 (zh) | 一种三丝气体保护间接电弧焊方法、装置及其应用 | |
| Cai et al. | Effects of shielding gas composition on arc behaviors and weld formation in narrow gap tandem GMAW | |
| CN110052712B (zh) | 一种非轴对称旋转钨极gtaw与脉冲激光复合焊接方法 | |
| CN103170753A (zh) | 外加高频磁场的激光熔化极电弧旁轴复合焊接装置及方法 | |
| CN102933344A (zh) | 电弧焊接方法、电弧焊接装置及电弧焊接的磁场强度调整方法 | |
| CN103071937B (zh) | 外加高频磁场的激光-tig电弧旁轴复合焊接方法及装置 | |
| CN103781582A (zh) | 以变总体磁场角焊接部件至工件表面的螺柱焊方法和装置 | |
| CN102069305B (zh) | 一种激光双电弧复合焊接系统 | |
| CN110497065B (zh) | 一种变极性三丝气体保护间接电弧焊方法、装置及其应用 | |
| CN114871535A (zh) | 一种外加混合磁场作用于异种钢的焊接装置及其工艺 | |
| CN114346381A (zh) | 一种基于多极尖角磁场的磁控电弧控制方法及装置 | |
| CN114505561A (zh) | 一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置 | |
| CN110405326A (zh) | 用于深窄间隙的tig励磁焊枪及焊接方法 | |
| CN114505561B (zh) | 一种外加磁场矫正电弧穿孔焊磁偏吹的方法及装置 | |
| CN108994427B (zh) | 利用外加磁场扩大装置的直流焊焊接电弧磁偏吹控制方法 | |
| KR102439381B1 (ko) | 용접 제어 장치, 표시 제어 장치, 용접 시스템, 용접 제어 방법 및 프로그램 | |
| CN113732446B (zh) | 一种电弧空间结构可控的旁路耦合三丝间接电弧焊方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |