本發(fā)明涉及一種控制擺動(dòng)電弧焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法，屬于焊接自動(dòng)化。

背景技術(shù)：

1、擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊是一種具有較高效率和優(yōu)質(zhì)焊接的自動(dòng)化焊接方法，廣泛應(yīng)用于船舶、龍門架、鐵路、壓力容器、集裝箱等大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造中。電弧焊接需要消耗大量能源，且由于焊接技術(shù)的操作粗略，可能導(dǎo)致焊縫填充不充分、焊接缺陷和氣孔產(chǎn)生等多種問題，顯著降低生產(chǎn)效率和焊接效率?？刂坪附訒r(shí)熔滴過渡模式可以有效降低顆粒飛濺，提高焊接質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省材料，減少生產(chǎn)工序。改變?nèi)鄣芜^渡模式的方法包括改變焊接時(shí)送絲速度與焊槍的空間位置等參數(shù)。

2、自動(dòng)焊接減少了人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高了生產(chǎn)質(zhì)量的一致性。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于減少自動(dòng)焊接損耗的研究主要集中在焊接工藝和材料熱力學(xué)的性能上，對(duì)擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊的熔滴過渡狀態(tài)變化控制研究較少，但熔滴過渡狀態(tài)直接決定焊接質(zhì)量、產(chǎn)生效率和能源轉(zhuǎn)化，控制熔滴過渡模式穩(wěn)定在擺動(dòng)電弧焊接中尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于:提供一種減少顆粒飛濺，改善焊縫成形質(zhì)量，節(jié)省材料，適用范圍廣的控制擺動(dòng)電弧焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

3、所述方法特征在于：通過基板與擺頭的空間位置坐標(biāo)、電弧擺動(dòng)的頻率與速度以及焊槍與焊絲的干伸長(zhǎng)這些參量得到焊絲末端的運(yùn)動(dòng)軌跡函數(shù)，據(jù)此可以計(jì)算得到焊槍擺動(dòng)時(shí)焊絲末端到基板的最小距離的理論值，進(jìn)而得到焊絲末端到基板之間最小距離的時(shí)變函數(shù)，并建立此時(shí)熔滴過渡模式的數(shù)值。同時(shí)利用視覺傳感器拍攝焊槍擺動(dòng)到不同位置的圖像信息，經(jīng)圖像處理后再次得到一組最小距離與熔滴過渡模式的拍攝值。將理論值和拍攝值兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到焊絲末端與基板的初始距離量與更精確的最小距離量，判斷焊絲末端到基板的最小距離量數(shù)值變化規(guī)律。

4、該方法的工作原理是：是在擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊接的過程中，熔滴過渡頻率的變化趨勢(shì)與焊絲末端到基板的最小距離值的變化趨勢(shì)相反，熔滴過渡頻率越高，焊絲末端到基板的最小距離值越小，熔滴過渡狀態(tài)越穩(wěn)定，且焊絲末端到基板的最小距離值相近時(shí)，熔滴過渡的頻率也相近。詳見圖3，在擺動(dòng)焊接時(shí)，焊絲末端從a點(diǎn)擺動(dòng)到c點(diǎn)的軌跡過程中，焊絲末端到基板的最小距離值在不斷變化，由d2增大到d3，d3與d4距離值相等，再由d3減少到d5,熔滴過渡頻率先降低后升高，熔滴過渡狀態(tài)也隨之改變。當(dāng)焊槍的擺動(dòng)角達(dá)到最大時(shí)，即在a點(diǎn)與c點(diǎn)時(shí)，焊絲末端與兩基板的最小距離d2與d5達(dá)到最小值，此時(shí)熔滴過渡頻率最高，熔滴狀態(tài)穩(wěn)定，而焊槍擺動(dòng)到角平分線時(shí)，即在b點(diǎn)時(shí)，焊絲末端到基板的最小距離值d3達(dá)到最大的峰值，熔滴過渡頻率最低，熔滴狀態(tài)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為大滴過渡。由此，可計(jì)算焊絲末端到基板的初始距離量與最佳最小距離大小數(shù)值的差值，得到焊絲末端到基板距離的最優(yōu)調(diào)節(jié)量，保持此高效熔滴過渡狀態(tài)的焊絲末端到基板的最小距離，維持熔滴過渡模式穩(wěn)定。

5、參見圖2可以得到焊絲末端在角平分線時(shí)與兩基板距離分別為d1和d2而在擺動(dòng)到最大角度時(shí)距基板的距離為d3和d4，且焊絲末端在擺動(dòng)到最大角度時(shí)與基板的最小距離d4為最佳最小距離，此時(shí)熔滴過渡狀態(tài)最佳，過渡時(shí)熔滴直徑小，并且無(wú)飛濺現(xiàn)象伴隨產(chǎn)生。詳見圖1，當(dāng)在焊接時(shí)，以基板作為空間坐標(biāo)軸確定擺頭的空間位置o(x，y，z)，當(dāng)確定基板和擺頭的空間位置后，根據(jù)焊槍的長(zhǎng)度l與擺動(dòng)速度v、頻率f得到焊槍的擺動(dòng)函數(shù)，要使焊絲末端與基板始終保持著最佳最小距離，則在焊接過程中控制器需根據(jù)已知數(shù)據(jù)得出在擺動(dòng)到不同空間位置時(shí)達(dá)到的送絲速度，在焊槍擺動(dòng)焊接時(shí)改變焊接速度使焊絲末端與基板的距離大小始終保持在d4。此時(shí)焊接過程中熔滴過渡保持穩(wěn)定的高效過渡狀態(tài)，金屬的飛濺減少，熔滴的直徑也始終保持在合適大小，防止大滴過渡產(chǎn)生。

6、所述控制方法，根據(jù)熔滴過渡的頻率與方式與焊絲末端到兩基板的距離與焊槍擺動(dòng)在不同位置時(shí)有關(guān)，在得到最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)后，為達(dá)到目的，本發(fā)明創(chuàng)造性的采用：在焊槍擺動(dòng)的同時(shí)也改變著送絲速度和焊槍前后移動(dòng)以確保焊絲末端與基板的最小距離始終為最佳最小距離差值，避免大滴過渡的產(chǎn)生。通過調(diào)整焊接時(shí)送絲速度大小與焊槍的空間位置，控制焊絲末端到基板的最小距離值保持恒定，進(jìn)而得到穩(wěn)定的熔滴過渡模式?？刂茢[動(dòng)電弧自動(dòng)焊熔滴模式與頻率時(shí)，根據(jù)最小距離修改送絲速度，即可確保穩(wěn)定高效的熔滴過渡模式。在隨著焊槍擺動(dòng)到不同位置時(shí)，改變送絲速度使最小距離始終保持不變，這樣整個(gè)焊接過程中熔滴過渡始終保持著穩(wěn)定、高頻率過渡狀態(tài)，減少顆粒飛濺。調(diào)節(jié)方式為在焊槍從最大高度擺動(dòng)到角平分線的過程中通過增加送絲速度和前移焊槍來(lái)減少焊絲末端到基板的最小距離，當(dāng)從角平分線擺動(dòng)到最大角度時(shí)應(yīng)當(dāng)減小送絲速度防止焊絲末端直接與基板接觸。

7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

8、1)本發(fā)明能使擺動(dòng)電弧焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)保持穩(wěn)定。主要通過改變實(shí)時(shí)送絲速度來(lái)控制焊絲末端與工件的最小距離，相較于直接改變焊槍位置更加的方便且易于操作，可以確保焊絲末端伸出量的閾值，即為送絲速度的閾值，且相比于改變其他條件以達(dá)到該目的所需的條件以及操作的難易程度更加適合于擺動(dòng)電弧自動(dòng)化焊接的實(shí)際生產(chǎn)。

9、2)本發(fā)明在自動(dòng)化焊接中對(duì)提高生產(chǎn)效率起著重大作用。該方法使熔滴過渡保持為射流過渡這一良好的狀態(tài)，減少了熔滴過程中的大滴飛濺現(xiàn)象，適當(dāng)增強(qiáng)了側(cè)壁焊接穩(wěn)定性，有利于側(cè)壁融合，同時(shí)這一方法可以提高焊縫的成型率，使焊接原料得到最大限度的利用，保持更佳的焊接效果同時(shí)提高了能源利用率，節(jié)省了成本。

技術(shù)特征：

1.一種控制擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法，其特征在于，包括以下步驟:s1根據(jù)焊絲末端的運(yùn)動(dòng)軌跡函數(shù)，計(jì)算并判斷焊槍擺動(dòng)時(shí)焊絲末端到基板的最小距離大小數(shù)值以及最小距離大小數(shù)值的變化規(guī)律，得到焊絲末端到基板之間最小距離的時(shí)變函數(shù)，建立最小距離大小數(shù)值與熔滴過渡模式的映射關(guān)系。s2確立最佳熔滴過渡模式和最佳最小距離大小數(shù)值。s3焊接時(shí)，在焊槍擺動(dòng)的過程中，通過改變焊絲末端到基板的最小距離，進(jìn)而改變?nèi)鄣芜^渡的模式，以保持穩(wěn)定高效的最佳熔滴過渡模式，來(lái)減少金屬顆粒的飛濺，改善焊縫的成形，節(jié)省材料。

2.一種控制擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法，其特征在于：通過視覺傳感器拍攝得到焊槍擺動(dòng)到不同位置時(shí)的圖像信息，經(jīng)過圖像處理后得到此時(shí)的最小距離大小d1和熔滴過渡模式m1的拍攝值，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡函數(shù)和焊接參數(shù)得到最小距離大小d2和熔滴過渡模式m2的理論值，將拍攝值和理論值進(jìn)行分析對(duì)比得到焊絲末端與基板的初始距離量以及焊絲末端到基板之間最小距離的時(shí)變函數(shù)，計(jì)算初始距離量與最佳最小距離大小數(shù)值的差值，得到焊絲末端到基板距離的最優(yōu)調(diào)節(jié)量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法，其特征在于：所述運(yùn)動(dòng)軌跡函數(shù)，是通過焊槍的擺動(dòng)方式、基板與焊槍的空間位置關(guān)系得到的；所述最小距離大小數(shù)值是指焊槍擺動(dòng)時(shí)，焊絲末端到兩基板各自之間的垂直距離大小并對(duì)兩個(gè)垂直距離大小進(jìn)行比較，數(shù)值更小的即為焊絲末端到基板的最小距離大小數(shù)值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的控制擺動(dòng)電弧自動(dòng)焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法，其特征是：焊槍擺動(dòng)到不同位置時(shí)，在得到最優(yōu)調(diào)節(jié)量后，通過控制送絲速度和焊槍的空間位置，調(diào)整焊絲末端到基板的距離，以確保焊絲末端到基板的最小距離大小數(shù)值即保持高效熔滴過渡狀態(tài)的峰值距離維持不變，保持穩(wěn)定的熔滴過渡狀態(tài)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種控制擺動(dòng)電弧焊接時(shí)熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的方法，該方法通過分析焊絲末端運(yùn)動(dòng)軌跡的擺動(dòng)函數(shù)方程和基板空間位置，得到焊絲末端到基板之間最小距離的時(shí)變函數(shù)，根據(jù)焊接時(shí)不同熔滴過渡狀態(tài)的特征，提出一種焊接時(shí)保持熔滴過渡狀態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)優(yōu)化方法，避免產(chǎn)生不穩(wěn)定的熔滴過渡模式。其優(yōu)化方案要點(diǎn)是，焊絲末端到兩基板的距離與焊槍擺動(dòng)在不同位置時(shí)有關(guān)，通過調(diào)整焊槍擺動(dòng)在不同位置時(shí)的送絲速度和焊槍空間位置，使焊槍擺動(dòng)在任何位置時(shí)，焊絲末端與兩基板的最小距離保持相對(duì)穩(wěn)定，即保持高效熔滴過渡狀態(tài)的峰值距離。通過實(shí)時(shí)調(diào)整最小距離的大小使熔滴過渡頻率保持在較高范圍，防止大滴過渡的產(chǎn)生，減少顆粒飛濺，改善成形質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：屈原緣,王悅彤,高思玉,王雅茹,郭康樂,陳羽彤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8