[发明专利]磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接自动控制技术领域，具体涉及一种磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪系统及方法。

背景技术

电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种新的焊接技术，在航空、航天、冶金、机械等部门具有广泛的应用前景和巨大的实用价值。

目前，磁控焊接技术的发展状况在国外方面主要是：

Hickcn等人通过对不锈钢以及合金钢等材料进行外加磁场焊接实验后，外加磁场后焊缝成形得到明显改善。研究人员发现这种改变取决于磁场强度和母材的磁特性；A.Miunger等人在1941年就对电磁搅拌对点焊的作用进行了相关研究；Tseng和Savage研究了TIG焊外加磁场时导致电弧摆动，对HY-80钢焊缝微观组织和热裂纹的影响。他们发现当励磁频率为1 Hz左右时，焊缝区组织晶粒的大小和热裂纹倾向大大降低；Brown等人在60年代初就开始研究电磁搅拌对不锈钢、钛合金等的影响；上世纪七、八十年代，乌克兰基辅工业大学的学者研究了在薄板TIG焊外加纵向磁场作用下，熔池金属流动和晶粒细化的规律，以及纵向磁场控制熔池液态金属凝固结晶的过程；Takeda K等人在1980年提出电弧在横向磁场作用下呈弯弧状的结论；Gavrilov等人在2002年通过试验发现电弧在横向磁场作用下会发生加速和偏转减速现象，并对产生其原因进行了相关分析；近年来，Kern等开展了外加磁场作用于CO₂激光焊的研究。实验证明，在激光焊接中应用磁流体动力装置能改变熔池的流动条件，稳定焊接过程，提高焊接速度和焊接质量。

国内方面主要是:

沈阳工业大学对低频磁控焊接电弧特性进行了数值分析及相关研究；清华大学通过对电弧内部能量平衡的研究，提出了一个横向磁场中动态电弧的近似计算模型；中国矿业大学基于减少CO2焊飞溅的目的，研究了在磁场作用下CO2焊电弧与熔滴过渡的影响；北京大学对横向磁场作用下电弧阴极进行了深入研究，并建立了相关数学模型；太原工业大学利用双尖角磁场把电弧压缩成椭圆形将其应用于穿孔等离子焊中取得较好的效果；西安交通大学殷咸青研究了LD10CS铝合金在He-TIG焊过程中外加交变纵向磁场对焊缝组织细化的影响机理。研究结果表明，磁感应强度B、磁场交变频率f和磁场断通比Q，这三个磁场参数对焊缝组织的细化效果影响很大。

综上所述，国内外学者对磁控电弧的研究主要集中于控制熔滴过渡、熔池金属流动、改善焊缝成形等方面。但是，到目前还没有看到有关磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪技术方面的报道。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种成本低、实时性好、灵敏度和精确度高、稳定性好的磁控旋转电弧传感器实时焊缝跟踪系统。

本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪系统，包括沿工作方向行进的焊接小车，固连于焊接小车上的十字滑架，焊枪安装于十字滑架上并通过十字滑架调节其高低左右位置；控制系统通过驱动器分别与焊接小车和十字滑架连接，焊接电源与焊枪和霍尔传感器连接，霍尔传感器将采集到的焊接电流信号通过信号采集电路和信号处理电路传输给控制系统；其特点是：所述焊枪直接安装于一个磁控旋转电弧传感器上，磁控旋转电弧传感器安装于十字滑架上，焊接电弧位于磁控旋转电弧传感器的中心，使磁控旋转电弧传感器产生的旋转磁场带动焊接电弧按一定的频率扫描焊缝，磁控旋转电弧传感器将扫描得到的焊缝位置信息传输给控制系统。

更具体地说，所述磁控旋转电弧传感器包括励磁电源，励磁电源与励磁线圈连接，励磁线圈绕在两个导磁铁芯上而产生一对磁极，所述焊枪安装于两个导磁铁芯的中心线上，并且该对磁极位于焊接电弧的两侧；导磁铁芯的上部中心柄通过齿轮与电机连接并带动导磁铁芯旋转，在导磁铁芯的上部中心柄的顶部水平安装有一个光码盘，光码盘将扫描到的焊缝位置脉冲信号传输给控制系统。

本发明的第二个目的在于提供一种基于上述磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪系统的跟踪方法，该方法是：焊接小车控制焊枪按工作方向前进，焊枪随焊接小车的移动与待焊工件呈现一定的位置关系，通过焊枪上的磁控旋转电弧传感器测得旋转电弧扫描焊缝的位置，从而获得表征焊枪与焊缝相对位置的特征参数；经霍尔传感器获得焊接电流信号后，送入微机系统进行数字滤波处理和相应的程序运算，控制系统控制驱动器驱动十字滑架，适时调整焊枪高低左右位置，使焊枪与焊缝中心对准以实现焊缝跟踪，完成自动化焊接。