專利名稱：電弧焊參數(shù)的自適應控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及焊接操作，更具體地涉及電弧焊參數(shù)的自適應控制。
背景技術(shù)：
窄坡口焊在世界上廣泛用于管道建造。盡管許多自動化系統(tǒng)利用多種控制系統(tǒng)和 方法，但在焊接時卻不知焊接接頭精確的幾何形狀。精確的焊接接頭幾何形狀未知的原因 在于焊接接頭由許多元素構(gòu)成，這些元素分別或共同產(chǎn)生對于所期望的接頭設(shè)計來說的誤 差。起作用的因素其中有*管端斜切機，其對于接頭準備變量引入諸如以下的公差1)坡口角，2)坡口鈍 邊，3)坡口角“架出量”或“偏移量”(見圖1)。*用于任一給定管路工程的管線用管的尺寸公差。尺寸公差隨工程不同而變化，并 包括直徑、橢圓度、不圓度和壁厚的變化。*管路工程的第一焊接工位處的接頭配置或“間距”。當兩條管路并不是完美地匹 配時，配置過程(手動或自動)也引入誤差。這可以間隙、部分間隙或者非同心不匹配的形 式來體現(xiàn)。*不一致的焊接收縮也會導致接頭幾何形狀的變化。由于接頭幾何形狀在確定最佳焊接參數(shù)方面是個重要因素，當精確的接頭幾何形 狀未知時，若使用常規(guī)系統(tǒng)，焊接質(zhì)量將受到限制。由于精確的接頭幾何形狀是未知的，期 望的接頭幾何形狀和實際接頭幾何形狀之間的差異無法進行補償。這導致可能產(chǎn)生焊接缺 陷。另外，實際坡口角/焊縫幾何形狀中的不一致和變化還會對附加的焊道或“清”道 產(chǎn)生需要，從而適當填充坡口以使面焊道流通。對于諸如管路焊接的生產(chǎn)環(huán)境，用于使附加 焊道流通的時間成本可能十分昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，并利用激光傳感器在焊接開始之前作為預焊接掃 描操作來掃描焊接接頭或在焊接過程中實時掃描焊接接頭，從而提供電弧焊參數(shù)的自適應 控制?！熬€型”激光傳感器裝置在固定操作窗內(nèi)投射激光線。線型激光產(chǎn)生激光線在操作窗 內(nèi)所“看到”的任何東西的反射位置。借助三角測量，沿激光“線”上任一點處可測得物體 離開激光的精確距離。焊接坡口角的某些部分是測量的目標。測量值存儲在電子存儲介質(zhì) 和數(shù)據(jù)處理器中。協(xié)同自動化焊接設(shè)備來使用所存的測量值和數(shù)據(jù)處理器，從而根據(jù)要求 調(diào)整焊接參數(shù)。由于對于焊縫的每個部分來說，精確的接頭/焊縫幾何形狀都是已知的，焊 接設(shè)備因而能響應或“適應”工件之間焊接接頭中的變化。特別在權(quán)利要求書中指出構(gòu)成本發(fā)明特征的具有新穎性的各種特點，權(quán)利要求書 附于本公開文本并形成本公開文本的一部分。為更好理解本發(fā)明及其使用時獲得的操作優(yōu) 點，參考附圖和描述內(nèi)容，附圖和描述內(nèi)容形成本公開文本的一部分并示出了本發(fā)明的一
3較佳實施例。


在形成本說明書一部分的附圖中，圖中示出的附圖標記在全部附圖中標示類似或 對應的部件圖1示出了由管路斜切設(shè)備引入的公差。圖2是設(shè)備配置的示意說明圖。圖3是示出激光掃描儀操作的示意說明圖。圖4A和B示出了典型焊接坡口角的數(shù)據(jù)點。
具體實施例方式圖2是本發(fā)明設(shè)備配置的示意說明圖。設(shè)備配置包括激光掃描儀10、激光掃描儀 控制器12、電源適配器14、計算機16和切換器18 (如果有需要)，該切換器用于將信息引入 計算機16和從計算機16引出信息。如圖3所示，激光掃描儀10在包含參考距離22和測量量程M的固定操作窗內(nèi)投 射激光線20。激光產(chǎn)生激光線20在操作窗內(nèi)“看到”的任何東西的反射位置。透鏡沈?qū)?激光反射聚集在CCD^上。為在焊接操作中使用，由CCD^接收的反射信號被計算機16記 錄。借助三角測量，沿激光線上任意點處可測得物體離開激光的精確距離。所記錄的激光 反射的測量值提供焊接坡口角的360度實際接頭幾何形狀。如圖4所示，焊接坡口角的某些關(guān)鍵部分是測量的目標。這些部分包括每條管路 31的頂邊30，坡口角的切點32，坡口鈍邊每一側(cè)的頂點34，待焊接量和管路31 (僅第一焊 道)的兩接頭之間的任何間隙36?？梢酝ㄟ^附加的計算來使用由測量值獲得的信息，從而確定諸如接頭的高/低不 匹配、管壁厚度和坡口角參數(shù)的測量值。操作過程中，待焊接在一起的管路31位置相鄰，并且當為焊接配置工件時如正常 方式互相接觸。本發(fā)明可用于預焊接掃描操作或者焊接操作過程中實時的情況。如果用于預焊接掃描操作，則激光掃描儀10定位在管路31之間的接頭旁，并且 如上述地通過激光反射的三角測量對計劃焊接區(qū)域處的管路31的整個圓周進行掃描和測 量。測量值記錄在電子數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)和數(shù)據(jù)處理器或者計算機16中。計算機16包含設(shè)計 成處理所存測量值的軟件以調(diào)整焊接操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解如何寫要求處理所存測 量值的軟件。本發(fā)明提供以下優(yōu)點本發(fā)明能與常規(guī)自動化焊接系統(tǒng)一同使用。未示出的 自動化焊接設(shè)備連接到計算機16，并用于在接頭處將兩個管路段31焊接在一起。結(jié)合上述 軟件來使用由計算機16記錄和計算的測量值，以控制焊接設(shè)備的運動，焊絲的進給速率和 焊接的深度及寬度，以保證最佳焊接。圖4B說明用焊接設(shè)備在焊接接頭下部第一根部焊道 的結(jié)果和用以完成焊接接頭的典型填充焊道測量。如果實時用于焊接操作過程中，則在自動化焊接設(shè)備的焊槍的緊鄰前方架起設(shè) 備。激光器、傳感器、計算機等以相同方式用于掃描焊接接頭和確定測量值，僅有的區(qū)別在 于在帶有如上述以相同方式對焊接參數(shù)進行調(diào)整的焊接操作中進行測量。盡管本說明書總體涉及將本發(fā)明用于焊接管接頭，但應理解的是，本發(fā)明也可應用于其它類型工件的焊接接頭。本發(fā)明有許多優(yōu)點。由于已知圓周焊接每個部分的精確接頭/焊縫幾何形狀，計算機能使焊接設(shè)備響 應或適應接頭坡口角的變化。焊接設(shè)備的響應或者自適應控制可包括依照所記錄和計算的 管路接頭的測量值，根據(jù)要求在受控焊接參數(shù)中的任意一個參數(shù)中作出變化，以保證最佳 焊接。這些參數(shù)包括但不僅限于電壓、電流、脈沖調(diào)制參數(shù)(當使用PGMAW(脈沖氣體保護 電弧焊)時)、送絲速率、行進速度、振蕩參數(shù)(寬度、速度、暫止角等)、以及焊槍相對于焊 接接頭的位置。本發(fā)明的測量和自適應控制可與任何自動化焊接設(shè)備一同使用。本發(fā)明允許對任何未達到理想狀態(tài)的坡口角和接頭配置進行補償。所存儲的測量 值和計算值使得能夠在焊接過程中動態(tài)改變上述列出的焊接參數(shù)中的任一項。結(jié)合工件具 體的幾何信息，可對一個或多個參數(shù)進行調(diào)整以補償坡口角或配置變化。所要求補償?shù)囊粋€例子是導致焊接接頭的一部分比它應該的寬度更寬的不良配 置。當對接頭的較寬部分進行焊接時，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)送絲速率以增多沉積的焊接金屬，從 而保證對于每條焊道的適當填充。同時，布置可以加寬振蕩寬度參數(shù)，從而保證電弧適當滲 入坡口角的側(cè)壁(滲入母材)。本發(fā)明的自適應控制可開發(fā)用于偏離理想焊接接頭的任何變化。軟件可包括待改 變的特定參數(shù)及改變的量。軟件可設(shè)計成根據(jù)由激光傳感器測得的焊接接頭中的誤差程度 來進行適當調(diào)整。本發(fā)明減少由圓周焊接任意位置的焊縫/坡口角幾何形狀變化引起的潛在的焊 接缺陷的風險。本發(fā)明提高根部焊道滲透和根部輪廓的一致性。本發(fā)明允許調(diào)節(jié)每條焊道積存的焊接量，從而保證在計劃數(shù)目的焊道內(nèi)焊接坡口 的適當填充。本發(fā)明通過比較實際(測得)坡口角幾何形狀和預設(shè)可允許的坡口角幾何形狀來 允許確認接頭配置。盡管為闡述本發(fā)明原理的應用已在前示出和說明了本發(fā)明的特定實施例和/或 細節(jié)，但可以理解的是，本發(fā)明可如權(quán)利要求中更為充分描述的那樣進行具體實施，或者如 本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其它方式(包括任何和所有等同情況)進行具體實施，而不偏離這
些原理。
權(quán)利要求
1.一種用于在焊接接頭處控制電弧焊參數(shù)的方法，包括以下步驟a.在焊接之前掃描至少兩個工件的焊接接頭，以及獲得所述焊接接頭的測量值；b.在計算機中存儲所述焊接接頭的測量值；c.將自動化焊接設(shè)備連接到包含所述焊接接頭的測量值的計算機；以及d.使用存儲的測量值和所述計算機，從而在焊接操作過程中控制所述自動化焊接設(shè)備 并根據(jù)要求在焊接操作過程中調(diào)整所述焊接接頭的焊接參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用激光器掃描所述焊接接頭。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲得的測量值包括每個工件相應邊的高 度，每個工件坡口角的切點，坡口鈍邊每一側(cè)的頂點，以及工件間的任意間隙。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括電流。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括脈沖調(diào)制參數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括送絲速率。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括行進速度。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括振蕩參數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制的焊接參數(shù)包括焊槍相對于所述焊接 接頭的位置。
11.一種設(shè)備，用于在焊接之前測量至少兩件工件的焊接接頭并控制自動化焊接設(shè)備， 從而在焊接操作過程中在所述工件上調(diào)整焊接參數(shù)，所述設(shè)備包括a.掃描和測量焊接接頭的裝置；b.接收和存儲焊接接頭的測量值的裝置；以及c.所述接收和存儲焊接接頭的測量值的裝置適于附連和控制自動化焊接設(shè)備。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述掃描和測量焊接接頭的裝置包括激 光器和CCD，所述CCD接收所述激光器的反射并將CCD信號發(fā)送到所述接收和存儲焊接接頭 的測量值的裝置。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述接收和存儲焊接接頭的測量值的裝 置包括計算機。
全文摘要
本發(fā)明涉及電弧焊參數(shù)的自適應控制。激光傳感器在焊接開始之前作為預焊接掃描操作來掃描焊接接頭或在焊接過程中實時掃描焊接接頭，從而提供電弧焊參數(shù)的自適應控制?！熬€型”激光傳感器裝置在固定操作窗內(nèi)投射激光線。線型激光產(chǎn)生激光線在操作窗內(nèi)“看到”的任何東西的反射位置。借助三角測量，沿激光“線”上任一點處可測得物體離開激光的精確距離。焊接坡口角的某些部分是測量的目標。測量值存儲在電子存儲介質(zhì)和數(shù)據(jù)處理器中。協(xié)同自動化焊接設(shè)備來使用所存的測量值和數(shù)據(jù)處理器，從而根據(jù)要求調(diào)整焊接參數(shù)。由于對于焊縫的每個部分來說，精確的接頭/焊縫幾何形狀都是已知的，焊接設(shè)備因而能響應或“適應”工件之間的焊接接頭中的變化。
文檔編號B23K9/095GK102133674SQ201010624728
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者C·D·諾埃爾, T·E·多伊爾, T·L·布萊奧克斯, T·N·耶叟 申請人:J.雷.麥克德莫特股份有限公司