水下焊接机器人智能潜水送丝系统的研制

文中针对水下机器人焊接的特点,研制了一种可用于水下熔化极气体保护焊的全数字智能潜水送丝系统.以数字信号控制器(DSC)级ARM CortexTM-M4架构的STM32F405RGT6微处理器为控制核心开发了全数字控制系统;设计了基于电机电枢电压负反馈的脉宽调制型半桥可逆斩波的送丝驱动电路,以补偿负载转矩变化带来的送丝速度的变化;开发了基于电涡流式接近开关的焊丝状态检测模块,实现了焊丝状态的非接触、实时监测.实验结果表明,所研制的系统能可靠地监测焊丝状态,在送丝软管状态变化的情况下能够均匀、稳定地送丝,送丝速度变化率小于±3.5%,远低于国家标准规定的数值.     

基于失真信号滤波算法的送丝速度检测方法

送丝速度对焊接质量具有重要影响,为了实现机器人智能焊接,需要研究送丝速度的精确检测方法.首先,研究了送丝速度检测的工作原理,实现送丝速度在线检测.然后,设计出了一种送丝速度检测系统硬件,将送丝速度传感信号无线传输给焊接机器人.最后,研究了基于失真传感信号滤波算法的送丝速度检测方法,主要包括相邻送丝速度传感信号不会发生突变原理、多个传感信号丢失且相邻检测量未发生突变的干扰信号消除算法以及送丝速度检测方法.实验结果表明,利用设计的送丝速度检测算法及系统,可以消除原始送丝速度传感信号中的主要噪声,提高送丝速度检测的精度,并可使机器人焊接后焊道的宽度不受焊接电流变化的影响.     

新型水下自重构机器人水下机电对接技术

研究了一种应用于水下自重构机器人的新型水下湿式机电对接技术.采用多卡爪机械锁紧机构和充油密封方式,实现了水下可靠的机械与电气连接;利用机器人逆运动学方法实现关节的协调控制,进行对接过程末端模块的轨迹规划;利用对光电引导传感器组信号的优化来辅助水下对接;成功研制了该水下连接装置和基于该装置的水下自重构机器人样机.通过在样机上的实际应用,验证了该技术的有效性.     

单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊工艺

摘要： 针对常规双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊（GMAW）的控制过程较复杂、焊接成本较高等问题,提出了采用单电源实现双丝旁路耦合电弧GMAW的方法,并设计了采用快速原型技术的实验系统.同时,进行了大量焊接工艺实验.实验结果表明：采用单电源的双丝旁路耦合电弧GMAW可以稳定焊接,但相对于双电源的双丝旁路耦合电弧GMAW其稳定工作区间更窄;通过调节旁路送丝速度快慢的焊接工艺实验,分别找到了在主路电流为300、350、400、450、500、550A时旁路送丝速度的稳定工艺区间.     

水下局部干法焊接中排水罩内的流体状态分析

利用FLUENT计算流体力学软件对水下局部干法焊接中排水罩内的排水气体与焊接保护气体的流动状态进行仿真,以分析2种流体的压力和速度分布,以及排水气体对保护气体的影响.结果表明:随着排水气体与保护气体的不断导入,排水罩内2种流体的扩散逐渐均匀;焊枪喷嘴下方保护气体外围的相对压力最大,其值约为3kPa,而且保护气层外侧的气流流速最大,从而起到了防止排水气体侵入,使焊接电弧基本不受排水气流影响的作用.同时,将基于排水罩模型研制的排水罩集成到水下焊接机器人上,利用水下局部干法焊接实验平台模拟水深分别为20、40及60m条件下的水下焊接环境,进行了水下局部干法堆焊实验,所获得的焊缝表面成形良好,能够满足水下焊接质量的要求.     

基于ARM的多功能数字化逆变电源

针对不同焊接方式的不同控制方法,设计了基于先进精简指令集处理器(ARM)控制的多功能数字化逆变电源.利用基于ARM和复杂可编程逻辑器件的人机交互系统,通过软件设计,在一台电源上实现了CO2气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊、手工焊条焊等多种焊接方式的转换与选择.采用小波分析仪采集焊接过程的电流电压信号,考察了多功能数字化逆变电源的工艺性能,结果表明所设计的电源可满足各种焊接工艺要求,实现了数字化逆变电源的多功能化,提高了数字化逆变电源的实用性.     

基于数字信号处理器和LabView的焊接电源系统

介绍了基于数字信号处理器(DSP)控制的气体保护焊接电源，以及在此数字化焊接电源的基础上，采用实验室虚拟仪器工程平台(LabView)技术建立的焊接电源系统研究平台．通过数字信号处理控制和自调节以及柔性化的控制程序实现合适的电源外特性、网压补偿、焊接电压及电流的反馈、送丝机构等，大大增强了焊接电源的稳定性和可靠性；在基于虚拟仪器LabView技术建立的焊接电源系统研究平台上，对焊接过程中焊接电流和焊接电压信号进行采集，并加入时刻标定信号表示焊接过程的不同阶段．焊接过程实时采集和显示各个信号波形，并对焊接电流和焊接电压统计分析运算，得到焊接过程主要参数的概率密度分布图．实验表明，该系统工作稳定，满足研究工作需要．     

多层多道焊接参数模糊控制系统的设计

针对工业机器人中厚板多层多道焊接参数选择的难题,采用基于查表的模糊控制方式,选取送丝速度和焊接速度为控制量,熔丝面积为被控制量,利用Matlab得出了各个变量之间的模糊控制表,用C#编写软件,实现了焊接参数的模糊控制.以25 mm厚对接平焊为例进行试验,结果表明该系统能将焊接后熔丝面积与实际焊接需要填充量的误差保持在5%以内.     

水下湿法自保护药芯焊丝焊接成型气孔产生机理研究

采用自制水下湿法药芯焊丝以及水下自动焊接系统,通过不同焊接参数下的焊缝成形对比,研究了水下湿法焊接气孔产生的机理。分析了焊接工艺参数对水下湿法焊接气孔产生的影响规律,确定了水下湿法焊接气孔控制的最佳工艺参数范围。结果显示,在焊缝宏观表面成形质量较好以及焊接过程稳定的工艺参数范围内,随着送丝速度(电流)的增加和焊接速度的增加,产生气孔的几率也随之增加;随着电压参数的提高,干伸长参数数值增加,产生气孔的几率减少;焊枪摆动速度参数过大或者过小都会使产生气孔的几率增加。     

水下焊接计算机辅助质量保证系统

在核电厂维修水下焊接实验装置的研发基础上,集成弧焊质量分析仪,建立了水下局部干式熔化极气体保护焊接计算机辅助焊接质量保证系统.对该系统5 m水深304不锈钢脉冲MIG焊接进行了电流、电弧电压波形采集和统计分析,获得了外观良好的焊缝.实验结果表明,该水下焊接实验装置,可以用来模拟30 m以内水深核电厂的远程控制维修,质量保证系统可以成功地用于水下焊接过程监控之中.     

数字化焊接送丝控制系统

设计一套焊接送丝调速系统,以89c55单片机为核心,利用PWM脉宽调制技术实现焊接送丝调速.系统输出使用专用集成芯片IR2101驱动功率MOSFEL管,采用电磁式测速传感器反馈电机送丝速度,并与上位机采用RS-485接口进行连接,使用Modbus协议通信,调速系统在仿真软件Proteus中仿真通过.仿真结果表明:与传统...     

单片机控制IGBT逆变埋弧焊机的研制

针对IGBT逆变埋弧焊机设计了基于单片机80C196KC的控制系统,介绍了系统的软、硬件组成和控制原理.焊接电源采用PWM控制技术,通过电流反馈PI控制算法调节电源输出外特性.送丝及行走小车调速系统采用MOSFET型开关电源,采用电弧电压反馈PI算法,实现了送丝速度的闭环控制.研制的焊机具有参数预置、数字显示和自动引弧收弧等功能.试验结果表明,样机性能稳定,工作可靠,达到了设计要求.     

不锈钢水下激光焊接焊缝成形与力学性能

摘要： 采用水下局部干法激光焊接技术对1 mm厚SUS304不锈钢进行了焊接试验,重点分析了水深及保护气体流量对焊缝成形与力学性能的影响.实验结果表明：通过适当的水深与保护气体流量匹配,可以获得成形良好、剪切拉伸强度与母材相当的焊缝.在水深一定时,随着气体流量的增加,焊缝熔宽变宽,熔深变浅,深宽比减小.在气体流量一定时,随着水深的增加,焊缝熔深和熔宽也表现出类似的变化规律.与普通激光焊接相比,水下激光焊接改变了焊缝的散热方向以及散热速度,因此同一焊接工艺参数下,水下激光焊接的熔深变浅,熔宽变宽.
关键词： 水下焊接; 激光焊; 奥氏体不锈钢; 焊缝成形; 力学性能
中图分类号： TG 456.7文献标志码： A     

贮能式半自动CO2气体保护焊弧焊系统的研究

采用干荷铅蓄电池作为焊接电源,构建了贮能式半自动CO2电弧焊系统,分析了铅蓄电池作为平特性电源配合等速送丝机构焊接电弧变化时的自动调节过程;利用PWM控制器构成的调速系统对等速送丝过程及焊接规范进行调节;为获得良好的动特性,达到短路过渡对焊接电源的要求,加入了直流电抗器,从而使焊机具有良好的动特性,获得优良的焊接工艺性能.     

不利环境中的金属焊接技术

一、水下焊接水下焊接用于修复和建设石油钻井平台、码头、管道和核反应堆。焊接直接在水中或在干燥的高压装置中进行。水下湿焊接最常选用的方法是单根焊条电弧焊,也称作气体保护金属极弧焊(SMAW)。这种方法在自耗电极和工件之间产生电弧。焊条包在一种称作焊剂的材料中,焊剂在电弧中蒸发,有利于保护和净化焊接部位。水下焊接需要特殊的防水泞剂,会遇到一些独     

脉动送丝频率和抽丝距离对铝焊接过程中气孔去除效果的影响

采用交流钨极惰性气体保护电弧脉动送丝焊接方法,通过9组不同脉动送丝工艺参数的对比试验研究了焊接过程中脉动送丝频率以及抽丝距离对焊接气孔去除效果的影响规律,并检测了焊缝的质量和横截面气孔率.结果表明:在一定的焊接参数范围内,随着脉动送丝频率增加,焊缝横截面的气孔率先降低而后逐渐趋于稳定,气孔的分布逐渐向焊缝边缘靠近;随着抽丝距离增加,焊缝横截面的气孔率先降低而后升高,气孔直径的最大值明显增大;当脉动送丝频率为20 Hz,抽丝距离为2.0mm时,可以获得最佳的气孔去除效果,且焊缝表面成形良好.     

气室式局部干法水下焊接

摘要： 利用研制的气室式局部干法水下焊接试验系统,在300 mm水深环境的试验水槽中,进行了水下平板堆焊和坡口对接焊验证性工艺试验,并对水下坡口对接焊焊缝进行了显微组织和硬度的测试分析,结果表明：在气室排水密封良好的前提下,送丝速度、焊接速度、摆动速度和摆动周期等参数对焊缝成形和焊接质量的影响较大,通过不同焊接参数的优化组合,可以获得优良的气室式局部干法水下焊接焊缝成形;水下焊接环境对焊缝的显微组织和硬度产生一定影响,由于焊缝周围及背面水的快速冷却作用,焊缝中心区域出现了部分魏氏体组织,同时焊缝中心区域的硬度较热影响区高,出现了一定淬火硬化现象.     

基于视觉识别的多层多道路径规划修正

摘要： 针对传统大厚板手工电弧焊和半自动焊工艺复杂、焊接效率低下、质量稳定性差等问题提出大厚板焊接的新方法：双机器人双面熔化极活性气体保护焊（MAG）,打底焊采用双机器人双面MAG错位焊接,填充焊采用双机器人双面MAG对称焊接.多层多道焊接过程中累积误差和焊接变形会对多层多道路径规划精度造成影响,准确的多层多道路径规划是实现大厚板机器人自动焊接的关键因素.提出基于视觉识别的多层多道路径规划修正方法,通过图像处理结合图像三维信息恢复获得各焊道实时填充信息,对多层多道路径规划进行修正,提高多层多道路径规划精度.     

基于非对称模型的水下机器人全局指数镇定

针对水下机器人的水平面镇定控制问题,提出了一种基于非完全对称(前后不对称,左右对称)模型的全局指数镇定控制方法.建立了非完全对称水下机器人的运动模型,通过设计控制输入的反馈变换,得到简化的水下机器人镇定控制系统;基于非线性反步法,设计了水下机器人速度的虚拟输入,从而实现了位置和姿态角的镇定控制;通过对虚拟输入误差的镇定设计,得到了水下机器人系统的全局指数稳定控制律,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性.最后通过仿真实验验证了所设计的反步镇定控制器的有效性和可靠性,同时通过与传统基于完全对称(前后、左右均对称)模型的水下机器人运动控制方法比较,验证了基于非完全对称模型控制算法的优越性.     

焊接中的STT技术

阐述了STT技术是一种新型焊接方法,具有焊接速度快、焊缝成形好、焊接缺陷易控制、飞溅少、容易操作等特点,并能使用多种保护气体,介绍了STT焊接方法中送丝速度、基值电流、峰值电流等工艺参数对焊接质量的影响.