[发明专利]一种基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于专门解决焊接飞行器关键部件时的基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法及装置，属于航空航天焊接技术领域。

背景技术

目前，随着国内航空航天事业的发展，适用于航空航天材料的焊接技术也得到了迅猛发展。由于航天器需要其具有轻质性，所以用到了大量的铝材料，而焊接铝类材料变极性等离子焊接技术是一项比较有利的焊接方式。

航天器的关键部件的焊接基本已实现全位置自动焊接，其实现过程通过十字操作机与焊接变位机配合使用及焊接小车与特制的焊接工装实现焊接。但是由于操作机及焊接小车的体积大和重量沉，所以在进行高精确高质量的焊接要求条件下，这几种方法就不能很好的达到焊接质量要求。

其次，由于等离子焊接过程中，被焊接工件散热不均匀，钨极、喷嘴焊接过程的烧损引起的等离子焊接电弧偏转导致穿孔圆度变形，以及等离子焊接过程中由于焊接变形的原因引起焊接电弧的高度发生变化等机械物理原因引起的小孔两侧受热不均匀从而导致焊缝咬边、切割等问题的出现需要人工的进行对焊枪的调节和对设备的调整。

再次，外部工装或者被焊工件由于设备公差或者安装精度的问题，焊接过程中引起专用机头不能对中焊缝时；因此，现有的焊接方案不能实时对相应的设备进行调节，完成高效率高自动化高质量高精度的焊接生产任务。

发明内容

本发明针对现有等离子焊接设备的不足，提出一种能够较好解决焊接电弧偏离焊缝。电弧小孔椭圆度问题引起的两侧受热不均匀和焊接电弧长度变化的焊接控制方法，并以此为基础设计了一款体积大小和质量轻重合理，集成度高，自动化程度高，自适应能力强的等离子焊接专用机头，从而解决了焊缝咬边和切割等工艺问题同时可实时监测电弧和熔池形态。

本发明的一种基于穿孔熔池稳定性的焊接工艺控制方法及装置采用下述技术方案：

该穿孔熔池稳定性焊接工艺控制方法，在等离子弧穿孔熔池稳定性焊接过程中，根据实时观测到的电弧形态，通过旋转焊枪，保证焊接电弧与焊缝二分面重合，克服电弧在焊缝法平面上的偏斜导致的焊缝咬边和切割问题；根据实时观测到的熔池位置，通过在焊缝法平面内横向左右平移焊枪，使其电弧移动至距离焊缝0到3mm的范围内，克服在不等厚板焊接或错边焊接中实时改变熔池位置，防止因为穿孔熔池偏离焊接位置导致咬边或切割问题的出现。根据检测到的实时熔池形态，通过机头的俯仰控制焊枪在焊缝二分面内俯仰运动，调节焊枪行走角度，使其调节范围可在±45°，以解决在全位置焊接过程中由于重力方向改变导致的熔池流动方向改变问题，实现全位置焊接；在厚板焊接中，通过实现焊丝运动与焊枪运动的解耦，达到焊丝和焊枪分别控制的目的；焊接起弧前，焊枪和焊丝均达到距离焊缝0至10mm的范围内；焊接起弧穿孔过程中，焊丝保持原有位置不变，焊枪随熔池金属熔化，轴向伸缩调节至3到4mm的距离；焊接起弧穿孔完毕，焊丝保持原有位置不变，焊枪拉长至距离焊缝4到10mm位置，开始正常焊接过程；

该变极性等离子弧穿孔熔池稳定性焊接工艺控制装置，包括三维导丝调节机构，送丝调节器，等离子焊枪，焊枪周向调解机构，焊枪轴向调节机构，横向移动调节装置，电弧视频监控摄像装置Ⅰ、Ⅱ，柔性调节支架Ⅰ、Ⅱ，导丝嘴，导丝软管，L型连接板Ⅰ、Ⅱ及机架Ⅰ、Ⅱ；等离子焊枪及焊枪周向旋转调解机构安装在焊枪周向调节机构上，焊枪周向调解机构通过直线导轨与滑块安装在机架Ⅰ上，机架Ⅰ与机架Ⅱ配合连接，三维导丝调节机构安装在机架Ⅱ上面，导丝嘴连接在三维导丝调节机构，导丝软管连接导丝嘴与送丝调节器，送丝调节器安装在机架Ⅱ上，电弧视频监控摄像装置Ⅰ和电弧视频监控摄像装置Ⅱ分别与柔性调节支架Ⅰ和柔性调节支架Ⅱ连接安装在L型连接板Ⅰ和L型连接板Ⅱ，L型连接板Ⅰ、Ⅱ安装在机架Ⅰ、Ⅱ上，焊缝对中装置安装在机架Ⅱ，机架Ⅱ连接在横向移动调解机构，实现整体的专用机头的横向移动调节。

三维导丝调节机构包括三个调节电机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，电机Ⅰ安装在导丝连接板Ⅰ，电机Ⅰ通过联轴器Ⅰ与丝杠轴Ⅰ连接，导丝连接板Ⅱ与丝杠轴啮合，同时其上的燕尾滑槽与导丝连接板Ⅰ上的燕尾槽配合，电机Ⅱ安装在导丝连接板Ⅱ的一端，电机Ⅱ的轴与导丝调节齿轮通过螺丝和垫圈连接在一起，连接板Ⅲ上的齿条与导丝调节齿轮啮合，同时连接板Ⅲ的燕尾滑轨与连接板Ⅱ上的燕尾滑道配合，电机Ⅲ安装在连接板Ⅲ，联轴器Ⅲ将电机Ⅲ轴端与丝杠轴Ⅲ连接起来。丝杠轴Ⅲ与导丝嘴连接块配合啮合，导丝嘴连接块的燕尾滑轨与连接板Ⅲ另一端的燕尾滑道配合。

导丝嘴安装在导丝嘴连接块的装配孔中使用顶丝固定，通过导丝软管将导丝嘴和送丝调节器连接在一起，送丝调节器固定在机架Ⅱ的中后部。