窄間隙焊窄間隙焊接的發(fā)展方向及其新進(jìn)展

窄間隙焊具有極高的焊接生產(chǎn)率，更優(yōu)良的接頭力學(xué)性能，更小的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，更低的焊接生產(chǎn)成本等顯著技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，將其歸為先進(jìn)制造技術(shù)，當(dāng)之無(wú)愧。然而，迄今為止，該技術(shù)在厚板焊接領(lǐng)域的推廣應(yīng)用仍極其有限，我國(guó)不少行業(yè)在應(yīng)用上仍沒有零的突破。要使窄間隙焊接技術(shù)更成熟化、更實(shí)用化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更明顯化，還應(yīng)主要從以下方面加快技術(shù)開發(fā)和技術(shù)進(jìn)步：??

（1）開發(fā)更低熱輸入的弧焊技術(shù)，以滿足高強(qiáng)鋼甚至高合金鋼、空間位置適應(yīng)性更寬等方面的需要；??

（2）開發(fā)GMAW方法的超低飛濺率控制技術(shù)（包括電源），以滿足窄間隙自動(dòng)焊工藝過程高可靠性、高穩(wěn)定性的需要；??

（3）開發(fā)高抗干擾能力、高可靠性、高精度的自動(dòng)跟蹤技術(shù)，以滿足焊槍在狹窄坡口內(nèi)安全可靠運(yùn)行，電弧在坡口內(nèi)空間作用位置高度準(zhǔn)確的需要 。?2100433B

窄間隙焊接技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中厚板結(jié)構(gòu)焊接的首選技術(shù)，其巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)決定了它是今后厚板焊接技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。而K-TIG焊是窄間隙鎢極惰性氣體保護(hù)焊。采用惰性保護(hù)氣體更有效的保護(hù)焊縫，使焊成型接效果更加良好 。

隨著工業(yè)科技的飛速發(fā)展，窄間隙焊接技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中厚板結(jié)構(gòu)焊接的首選技術(shù)，其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)決定了它是今后厚板焊接技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。作為一種特別工業(yè)技術(shù)，具有以下公共技術(shù)特征：

(1)應(yīng)用現(xiàn)有的弧焊方法來完成填充方式的熔化焊連接；

(2)焊縫截面積比傳統(tǒng)弧焊方法至少減少30%以上；

(3)坡口形狀多為具有極小坡口面角度（0.50-70）的V形或U形?；蛘逫形；

(4)一般采用單道多層和雙道多層熔敷方式，且板厚方向上熔敷方式固定；

(5)焊接線能量相對(duì)較?。p道多層方式時(shí)最為突出）；

(6)在深窄坡口內(nèi)的氣、絲，電導(dǎo)入，側(cè)壁熔合控制，氣渣聯(lián)合保護(hù)方式的脫渣等方面分別采用了特殊技術(shù) 。

窄間隙焊接，厚板焊接中一種焊前工件不開坡口,僅留10毫米左右的窄間隙,采用多層多道焊接的氣體保護(hù)焊工藝。通常采用熔化極氬弧焊方法,亦可用鎢極氬弧焊方法。生產(chǎn)率高,變形小和接頭性能好。

《窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置》涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特指一種對(duì)搖動(dòng)（或擺動(dòng)）或旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊縫偏差進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的紅外視覺傳感方法及裝置。

窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置專利目的

針對(duì)2014年12月以前技術(shù)存在的焊縫偏差傳感檢測(cè)精度低、適用范圍窄、工程實(shí)用性不強(qiáng)等缺點(diǎn)，《窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置》提出一種檢測(cè)精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、實(shí)用性好的適用于搖動(dòng)（擺動(dòng)）、旋轉(zhuǎn)電弧的窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置，通過檢測(cè)電弧運(yùn)動(dòng)至坡口兩側(cè)壁處時(shí)焊絲相對(duì)于坡口左右側(cè)壁的位置變化來獲取焊縫偏差信息。

窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置技術(shù)方案

《窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置》提出的窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法的技術(shù)方案是包括如下步驟：

1）窄間隙焊炬整體與紅外攝像系統(tǒng)一起以焊接速度向坡口前方移動(dòng)，根據(jù)電弧位置信號(hào)P_L或P_R觸發(fā)紅外攝像機(jī)采集此刻焊接區(qū)域圖像，并經(jīng)圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)；

2）當(dāng)電弧運(yùn)動(dòng)至離坡口左、右側(cè)壁最近處時(shí)，焊絲位置信息提取模塊接收到來自圖像采集卡的焊接圖像信息，并對(duì)該圖像進(jìn)行處理，提取焊絲右位置檢測(cè)點(diǎn)至坡口左邊緣當(dāng)前距離X_1i以及焊絲左位置檢測(cè)點(diǎn)至坡口右邊緣當(dāng)前距離X_2i，并將該當(dāng)前距離送至焊縫偏差值求取模塊中；

3）焊縫偏差值求取模塊按式ΔX_i=（X_1i－X_2i）/2計(jì)算焊縫偏差的當(dāng)前檢測(cè)值ΔX_i，然后以最近n次焊縫偏差檢測(cè)值的中值或平均值作為焊縫偏差的當(dāng)前采樣值ΔX_si，n≥1；若ΔX_si=0則焊縫無(wú)偏差，若ΔX_si＞0則焊絲偏向坡口右側(cè)，若ΔX_si＜0則焊絲偏向坡口左側(cè)。

在所述步驟2）中，當(dāng)電弧運(yùn)動(dòng)至離坡口右側(cè)壁最近處（P_R信號(hào)有效）時(shí)，焊絲位置信息提取模塊根據(jù)坡口左邊緣線的橫向位置變化調(diào)整坡口左側(cè)圖像截取窗口定位點(diǎn)B_1i的橫坐標(biāo)值，截取不受電弧干擾的坡口左側(cè)圖像，提取坡口左邊緣后，求取坡口左邊緣至全局圖像左邊界的當(dāng)前距離L_2i，并通過焊絲右側(cè)圖像截取窗口截取焊絲右位置圖像后再提取焊絲中心至全局圖像左邊界的當(dāng)前距離L_1i，計(jì)算焊絲右位置檢測(cè)點(diǎn)至坡口左邊緣當(dāng)前距離X_1i=（L_1i－L_2i）；當(dāng)電弧運(yùn)動(dòng)至離坡口左側(cè)壁最近處（P_L信號(hào)有效）時(shí)，焊絲位置信息提取模塊根據(jù)坡口右邊緣線的橫向位置變化調(diào)整坡口右側(cè)圖像截取窗口定位點(diǎn)B_2i的橫坐標(biāo)值，截取不受電弧干擾的坡口右側(cè)圖像，提取坡口右邊緣后，求取坡口右邊緣至全局圖像左邊界的當(dāng)前距離L_3i，并通過焊絲左側(cè)圖像截取窗口截取焊絲左位置圖像后再提取焊絲中心至全局圖像左邊界的當(dāng)前距離L_4i，計(jì)算焊絲左位置檢測(cè)點(diǎn)至坡口右邊緣當(dāng)前距離X_2i=（L_3i－L_4i）。

當(dāng)電弧再次運(yùn)動(dòng)至離坡口右側(cè)壁最近處時(shí)，先提取坡口左邊緣至全局圖像左邊界的下次距離L_{2（i 1）}及焊絲右位置檢測(cè)點(diǎn)至全局圖像左邊界的下次距離L_{1（i 1）}，再計(jì)算焊絲右位置檢測(cè)點(diǎn)至坡口左邊緣的下次距離X_{1（i 1）}=（L_{1（i 1）}－L_{2（i 1）}），計(jì)算出焊縫偏差的下次檢測(cè)值ΔX_{（i 1）}=（X_{1（i 1）}－X_2i）/2，依此類推，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)電弧運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)對(duì)焊縫偏差的兩次檢測(cè)。

在坡口左邊緣線上的L_2i和L_{2（i 1）}檢測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)值與在坡口右邊緣線上的L_3i檢測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)值相同；在右位置焊絲軸心線上的L_1i和L_{1（i 1）}檢測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)值與在左位置焊絲軸心線上的L_4i檢測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)值相同；焊絲位置檢測(cè)點(diǎn)至全局圖像左邊界距離L_1i、L_4i或L_{1（i 1）}的最終檢測(cè)值為焊絲圖像左、右截取窗口內(nèi)、焊絲軸心線上m（m≥1）個(gè)不同位置檢測(cè)值的中值或平均值；坡口左、右邊緣至全局圖像左邊界距離L_2i、L_3i或L_{2（i 1）}的最終檢測(cè)值，為坡口左、右側(cè)圖像截取窗口內(nèi)、坡口左、右邊緣線上k（k≥1）個(gè)不同位置檢測(cè)值的中值或平均值。

在對(duì)所述圖像進(jìn)行處理時(shí)，先通過全局焊接圖像處理提取電弧區(qū)域最高點(diǎn)坐標(biāo)值，并根據(jù)電弧區(qū)域最高點(diǎn)坐標(biāo)位置的變化調(diào)整焊絲左、右側(cè)圖像截取窗口定位點(diǎn)的坐標(biāo)值；再分別對(duì)用坡口左、右側(cè)圖像截取窗口截取的小窗口坡口圖像及用焊絲左、右側(cè)圖像截取窗口截取的小窗口焊絲圖像進(jìn)行處理；在對(duì)焊絲左、右側(cè)圖像截取窗口截取的小窗口圖像進(jìn)行處理時(shí)，先進(jìn)行局部自適應(yīng)閾值分割處理，然后通過全窗口圖像的形態(tài)學(xué)腐蝕提取焊絲輪廓后，再利用Canny邊緣檢測(cè)算法提取焊絲骨架，最后計(jì)算出焊絲軸心線位置。

對(duì)于搖動(dòng)或旋轉(zhuǎn)電弧脈沖焊接場(chǎng)合，當(dāng)電弧運(yùn)動(dòng)至坡口左側(cè)壁或右側(cè)壁最近處（電弧位置信號(hào)P_L或P_R信號(hào)有效）時(shí)，一旦電流傳感器檢測(cè)到脈沖電弧第一個(gè)脈沖焊接電弧基值電流信號(hào)i_b來臨，即刻觸發(fā)紅外攝像機(jī)，采集此刻受電弧弧光干擾最小的焊接區(qū)域圖像，實(shí)現(xiàn)與脈沖電弧基值電流期同步的焊接圖像采集。

窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置有益效果

《窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置》與2014年12月以前技術(shù)相比，其有益效果是：

與2014年12月以前的電弧中心檢測(cè)法相比，該發(fā)明根據(jù)焊絲相對(duì)于坡口左右側(cè)壁位置信息來提取焊縫偏差量，可有效地避免電弧形態(tài)不對(duì)稱對(duì)檢測(cè)精度的影響；

與2014年12月以前的坡口單側(cè)邊緣位置檢測(cè)法相比，該發(fā)明反映的焊絲和坡口邊緣位置信息都是動(dòng)態(tài)的，無(wú)需事先建立基準(zhǔn)模板，適用于坡口間隙動(dòng)態(tài)變化場(chǎng)合；

對(duì)采集的焊接圖像進(jìn)行處理時(shí)，該發(fā)明根據(jù)電弧和坡口邊緣位置的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整焊絲圖像和坡口邊緣圖像截取窗口的位置，提高了其環(huán)境適應(yīng)性；

根據(jù)相鄰兩幅焊接圖像檢測(cè)焊絲在焊接坡口內(nèi)的相對(duì)位置，可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)電弧運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)對(duì)焊縫偏差的兩次檢測(cè)，提高了焊縫偏差檢測(cè)的實(shí)時(shí)性；

對(duì)于搖動(dòng)（或擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)）電弧脈沖焊接場(chǎng)合，該發(fā)明采用的脈沖電弧基值電流同步檢測(cè)法，可采集到電弧弧光干擾最小的焊接圖像，進(jìn)一步提高了焊縫偏差檢測(cè)精度；

《窄間隙焊縫偏差的紅外視覺傳感檢測(cè)方法及裝置》既適用于電弧運(yùn)動(dòng)頻率較低的搖動(dòng)（或擺動(dòng)）電弧窄間隙焊接場(chǎng)合，又可應(yīng)用于電弧運(yùn)動(dòng)頻率較高的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊接，適用范圍寬。