电弧焊参数的自适应控制制造技术

本发明专利技术涉及电弧焊参数的自适应控制。激光传感器在焊接开始之前作为预焊接扫描操作来扫描焊接接头或在焊接过程中实时扫描焊接接头，从而提供电弧焊参数的自适应控制。“线型”激光传感器装置在固定操作窗内投射激光线。线型激光产生激光线在操作窗内“看到”的任何东西的反射位置。借助三角测量，沿激光“线”上任一点处可测得物体离开激光的精确距离。焊接坡口角的某些部分是测量的目标。测量值存储在电子存储介质和数据处理器中。协同自动化焊接设备来使用所存的测量值和数据处理器，从而根据要求调整焊接参数。由于对于焊缝的每个部分来说，精确的接头/焊缝几何形状都是已知的，焊接设备因而能响应或“适应”工件之间的焊接接头中的变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及焊接操作，更具体地涉及电弧焊参数的自适应控制。
技术介绍
窄坡口焊在世界上广泛用于管道建造。尽管许多自动化系统利用多种控制系统和 方法，但在焊接时却不知焊接接头精确的几何形状。精确的焊接接头几何形状未知的原因 在于焊接接头由许多元素构成，这些元素分别或共同产生对于所期望的接头设计来说的误 差。起作用的因素其中有*管端斜切机，其对于接头准备变量引入诸如以下的公差1)坡口角，2)坡口钝 边，3)坡口角“架出量”或“偏移量”(见图1)。*用于任一给定管路工程的管线用管的尺寸公差。尺寸公差随工程不同而变化，并 包括直径、椭圆度、不圆度和壁厚的变化。*管路工程的第一焊接工位处的接头配置或“间距”。当两条管路并不是完美地匹 配时，配置过程(手动或自动)也引入误差。这可以间隙、部分间隙或者非同心不匹配的形 式来体现。*不一致的焊接收缩也会导致接头几何形状的变化。由于接头几何形状在确定最佳焊接参数方面是个重要因素，当精确的接头几何形 状未知时，若使用常规系统，焊接质量将受到限制。由于精确的接头几何形状是未知的，期 望的接头几何形状和实际接头几何形状之间的差异无法进行补偿。这导致可能产生焊接缺 陷。另外，实际坡口角/焊缝几何形状中的不一致和变化还会对附加的焊道或“清”道 产生需要，从而适当填充坡口以使面焊道流通。对于诸如管路焊接的生产环境，用于使附加 焊道流通的时间成本可能十分昂贵。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的缺点，并利用激光传感器在焊接开始之前作为预焊接扫 描操作来扫描焊接接头或在焊接过程中实时扫描焊接接头，从而提供电弧焊参数的自适应 控制。“线型”激光传感器装置在固定操作窗内投射激光线。线型激光产生激光线在操作窗 内所“看到”的任何东西的反射位置。借助三角测量，沿激光“线”上任一点处可测得物体 离开激光的精确距离。焊接坡口角的某些部分是测量的目标。测量值存储在电子存储介质 和数据处理器中。协同自动化焊接设备来使用所存的测量值和数据处理器，从而根据要求 调整焊接参数。由于对于焊缝的每个部分来说，精确的接头/焊缝几何形状都是已知的，焊 接设备因而能响应或“适应”工件之间焊接接头中的变化。特别在权利要求书中指出构成本专利技术特征的具有新颖性的各种特点，权利要求书 附于本公开文本并形成本公开文本的一部分。为更好理解本专利技术及其使用时获得的操作优 点，参考附图和描述内容，附图和描述内容形成本公开文本的一部分并示出了本专利技术的一3较佳实施例。 附图说明在形成本说明书一部分的附图中，图中示出的附图标记在全部附图中标示类似或 对应的部件图1示出了由管路斜切设备引入的公差。图2是设备配置的示意说明图。图3是示出激光扫描仪操作的示意说明图。图4A和B示出了典型焊接坡口角的数据点。具体实施例方式图2是本专利技术设备配置的示意说明图。设备配置包括激光扫描仪10、激光扫描仪 控制器12、电源适配器14、计算机16和切换器18 (如果有需要)，该切换器用于将信息引入 计算机16和从计算机16引出信息。如图3所示，激光扫描仪10在包含参考距离22和测量量程M的固定操作窗内投 射激光线20。激光产生激光线20在操作窗内“看到”的任何东西的反射位置。透镜沈将 激光反射聚集在CCD^上。为在焊接操作中使用，由CCD^接收的反射信号被计算机16记 录。借助三角测量，沿激光线上任意点处可测得物体离开激光的精确距离。所记录的激光 反射的测量值提供焊接坡口角的360度实际接头几何形状。如图4所示，焊接坡口角的某些关键部分是测量的目标。这些部分包括每条管路 31的顶边30，坡口角的切点32，坡口钝边每一侧的顶点34，待焊接量和管路31 (仅第一焊 道)的两接头之间的任何间隙36。可以通过附加的计算来使用由测量值获得的信息，从而确定诸如接头的高/低不 匹配、管壁厚度和坡口角参数的测量值。操作过程中，待焊接在一起的管路31位置相邻，并且当为焊接配置工件时如正常 方式互相接触。本专利技术可用于预焊接扫描操作或者焊接操作过程中实时的情况。如果用于预焊接扫描操作，则激光扫描仪10定位在管路31之间的接头旁，并且 如上述地通过激光反射的三角测量对计划焊接区域处的管路31的整个圆周进行扫描和测 量。测量值记录在电子数据存储介质和数据处理器或者计算机16中。计算机16包含设计 成处理所存测量值的软件以调整焊接操作。本领域技术人员会理解如何写要求处理所存测 量值的软件。本专利技术提供以下优点本专利技术能与常规自动化焊接系统一同使用。未示出的 自动化焊接设备连接到计算机16，并用于在接头处将两个管路段31焊接在一起。结合上述 软件来使用由计算机16记录和计算的测量值，以控制焊接设备的运动，焊丝的进给速率和 焊接的深度及宽度，以保证最佳焊接。图4B说明用焊接设备在焊接接头下部第一根部焊道 的结果和用以完成焊接接头的典型填充焊道测量。如果实时用于焊接操作过程中，则在自动化焊接设备的焊枪的紧邻前方架起设 备。激光器、传感器、计算机等以相同方式用于扫描焊接接头和确定测量值，仅有的区别在 于在带有如上述以相同方式对焊接参数进行调整的焊接操作中进行测量。尽管本说明书总体涉及将本专利技术用于焊接管接头，但应理解的是，本专利技术也可应用于其它类型工件的焊接接头。本专利技术有许多优点。由于已知圆周焊接每个部分的精确接头/焊缝几何形状，计算机能使焊接设备响 应或适应接头坡口角的变化。焊接设备的响应或者自适应控制可包括依照所记录和计算的 管路接头的测量值，根据要求在受控焊接参数中的任意一个参数中作出变化，以保证最佳 焊接。这些参数包括但不仅限于电压、电流、脉冲调制参数(当使用PGMAW(脉冲气体保护 电弧焊)时)、送丝速率、行进速度、振荡参数(宽度、速度、暂止角等)、以及焊枪相对于焊 接接头的位置。本专利技术的测量和自适应控制可与任何自动化焊接设备一同使用。本专利技术允许对任何未达到理想状态的坡口角和接头配置进行补偿。所存储的测量 值和计算值使得能够在焊接过程中动态改变上述列出的焊接参数中的任一项。结合工件具 体的几何信息，可对一个或多个参数进行调整以补偿坡口角或配置变化。所要求补偿的一个例子是导致焊接接头的一部分比它应该的宽度更宽的不良配 置。当对接头的较宽部分进行焊接时，本专利技术可以调节送丝速率以增多沉积的焊接金属，从 而保证对于每条焊道的适当填充。同时，布置可以加宽振荡宽度参数，从而保证电弧适当渗 入坡口角的侧壁(渗入母材)。本专利技术的自适应控制可开发用于偏离理想焊接接头的任何变化。软件可包括待改 变的特定参数及改变的量。软件可设计成根据由激光传感器测得的焊接接头中的误差程度 来进行适当调整。本专利技术减少由圆周焊接任意位置的焊缝/坡口角几何形状变化引起的潜在的焊 接缺陷的风险。本专利技术提高根部焊道渗透和根部轮廓的一致性。本专利技术允许调节每条焊道积存的焊接量，从而保证在计划数目的焊道内焊接坡口 的适当填充。本专利技术通过比较实际(测得)坡口角几何形状和预设可允许的坡口角几何形状来 允许确认接头配置。尽管为阐述本专利技术原理的应用已在前示出和说明了本专利技术的特定实施例和/或 细节，但可以理解的是，本专利技术可如权利要求中更为充分描述的那样进行具体实施，或者如 本领域技术人员所知的其它方式(包括任何和所有等同情况)进行具体实施，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于在焊接接头处控制电弧焊参数的方法，包括以下步骤：ａ．在焊接之前扫描至少两个工件的焊接接头，以及获得所述焊接接头的测量值；ｂ．在计算机中存储所述焊接接头的测量值；ｃ．将自动化焊接设备连接到包含所述焊接接头的测量值的计算机；以及ｄ．使用存储的测量值和所述计算机，从而在焊接操作过程中控制所述自动化焊接设备并根据要求在焊接操作过程中调整所述焊接接头的焊接参数。

【技术特征摘要】
2009.12.31 US 12/650,5961.一种用于在焊接接头处控制电弧焊参数的方法，包括以下步骤a.在焊接之前扫描至少两个工件的焊接接头，以及获得所述焊接接头的测量值；b.在计算机中存储所述焊接接头的测量值；c.将自动化焊接设备连接到包含所述焊接接头的测量值的计算机；以及d.使用存储的测量值和所述计算机，从而在焊接操作过程中控制所述自动化焊接设备 并根据要求在焊接操作过程中调整所述焊接接头的焊接参数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用激光器扫描所述焊接接头。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得的测量值包括每个工件相应边的高 度，每个工件坡口角的切点，坡口钝边每一侧的顶点，以及工件间的任意间隙。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接参数包括电压。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接参数包括电流。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接参数包括脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·E·多伊尔，T·L·布莱奥克斯，C·D·诺埃尔，T·N·耶叟，
申请(专利权)人：J雷麦克德莫特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US