[发明专利]电弧焊参数的自适应控制

说明书

技术领域

本发明总体涉及焊接操作，更具体地涉及电弧焊参数的自适应控制。

背景技术

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。

发明内容

本发明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发明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。为更好理解本发明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发明的一较佳实施例。

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。

具体实施方式

图2是本发明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24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26将激光反射聚集在CCD28上。为在焊接操作中使用，由CCD28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。本发明可用于预焊接扫描操作或者焊接操作过程中实时的情况。