[发明专利]基于非对称纵向磁场传感的大曲率焊缝偏差识别方法

说明书

本发明公开了一种基于非对称纵向磁场传感的大曲率焊缝偏差识别方法，该方法包括“山”型支撑套筒、信号发生器、功率放大板、电弧信号采集装置、传动和定位装置、非对称纵向磁场传感器控制器和磁感线圈。磁感线圈缠绕在支撑套筒上，中间产生纵向磁场，与两侧轮流产生的纵向磁场叠加，产生非对称纵向磁场，两侧支撑套筒以中间支撑套筒为轴旋转，到达三个不同位置，使得电弧扫描焊缝，每侧每位置进行10次采样，通过数据处理实时判断偏差、识别曲率、调节焊接路径和焊接参数，实现对大曲率窄间隙焊缝的跟踪。优点在于：电弧能稳定的燃烧，能有效地提取电弧信息，旋转的支撑套筒使熔池搅拌更充分。

技术领域：

本发明为一种由两个纵向磁场叠加产生的复合纵向磁场，实现对大曲率窄间隙焊缝偏差的识别，同时达到改善焊缝质量的目的。

技术背景：

TIG焊是近年来得到广泛应用的一种现代焊接方法。具有焊接电弧稳定、焊接质量好(热影响区小、焊缝中无杂质、成形美观)、飞溅小等优点。它适用于铝合金、镍合金、钛合金等几乎所有的薄板合金或金属的焊接，因此广泛应用于汽车、船舶、航空航天、石油化工等对焊接质量要求较高的领域。在焊接过程中，电弧容易出现偏吹，焊缝熔深较浅，熔池熔覆效率低，工业生产中焊接速度慢。这些缺点导致TIG焊只适用于薄板焊接，生产效率低，应用范围有限。

经过多年的研究，在焊接过程中应用不同类型的磁场可以解决电弧偏吹、焊接熔深浅、熔覆效率低、焊接速度慢等问题。因为弧柱区域是由正负电荷的自由电子和离子组成的等离子体。它具有导电性、电中性、能与磁场相互作用等特点，因此我们可通过外加磁场进行控制电弧的位置、形状和运行工作状态，改善焊接技术工艺。在气体保护焊接过程中，电弧中存在大量的高电离气体(等离子体)。当外磁场作用于电弧时，影响到了电弧形状和电弧运动行为，从而影响焊接过程。因此，利用外加磁场控制TIG焊电弧行为，研究磁场控制下高效TIG焊的电弧行为，具有重要意义。

现阶段的大部分研究都是将磁场运用到焊接过程中，对其接头性能、焊接组织及焊缝质量等进行工艺性的分析，很少有将磁场运用到焊缝跟踪领域。

发明内容：

本发明的目的是用于大曲率窄间隙下，在非对称纵向磁场下的焊缝偏差识别方法，中间的线圈通以直流电源，产生稳定的纵向磁场，两边的线圈分别通以矩形交流电源，叠加产生非对称纵向磁场，使得磁场发生偏移，通过旋转两边的线圈，使得每个线圈分别扫描三个不同位置，从而牵引电弧摆动扫描焊缝。

两侧支撑套筒以中间支撑套筒为轴旋转，到达三个不同位置，使得电弧扫描焊缝，每侧每位置进行10次采样，经过采样装置在6个不同的位置处提取电弧信息，通过计算对称两位置的电流电压值差值，判断焊枪的位置偏差；通过不断提取四个周期内的焊枪位置，识别焊缝的曲率，进而调节焊接参数，实现对大曲率窄间隙焊缝的跟踪。优点在于：电弧能稳定的燃烧，在非对称纵向磁场的约束下，能有效地提取电弧信息，旋转的支撑套筒使熔池搅拌更充分。

具体方法如下：

该系统主要由“山”型支撑套筒、信号发生器、功率放大板、电弧信号采集装置、非对称纵向磁场传感器控制器和磁感线圈组成。中间线圈产生的纵向磁场与两侧线圈轮流产生的纵向磁场叠加，形成非对称纵向磁场，使磁场发生偏移。加入传动装置，带动两侧的支撑套筒旋转，通过位置传感器确定每次旋转到达的准确位置，使得两侧的支撑套筒分别扫描三个不同位置，牵引电弧有规律的偏移，霍尔传感器接收到焊接时不同位置的电弧参数变化，得到相应的数据，将这些数据处理后，输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊接参数，再反馈到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊接路径和焊接参数进行调整，实现焊缝自动跟踪。

本发明所述的“山”型支撑套筒的中间支撑套筒四周打孔，通过螺钉进行固定。且“山”型支撑套筒外部套有外壳，起到一定的屏蔽干扰作用。

本发明的磁场发生装置是依靠磁场激励电源给缠绕在支撑套筒上的磁感线圈通电产生纵向磁场。