Lng儲罐tip tig全自動立縫焊接控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種LNG儲罐TIPTIG全自動焊接系統(tǒng)及焊接方法，主要應(yīng)用與液化 天然氣儲罐的施工建造。
【背景技術(shù)】
[0002] 液化天然氣作為一種清潔、高效、環(huán)保的能源越來越受到青睞，隨著我國能源結(jié)構(gòu) 的調(diào)整，我國把實(shí)施LNG(Liquefied化化ralGas,簡稱LNG)進(jìn)口多元化發(fā)展戰(zhàn)略作為 國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分，LNG儲罐用9%Ni鋼的焊接技術(shù)是現(xiàn)今技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。 9Ni鋼在壁板立焊焊縫焊接主要依賴手工電弧焊（SMAW)或鶴極氣弧焊（GTAW)。其中手工 氣弧焊的焊接工作量大，焊接效率低，勞動條件差，強(qiáng)度高，焊接質(zhì)量不易保證，開發(fā)比傳統(tǒng) SMAW更加高效優(yōu)質(zhì)的9%Ni鋼焊接工藝及可靠的控制方法，將會帶來巨大的工程應(yīng)用前 景及經(jīng)濟(jì)效益。TIPTIG焊機(jī)開發(fā)了動態(tài)熱絲全自動送絲TIG焊接系統(tǒng)，為9%Ni鋼 內(nèi)壁板全自動氣弧焊工藝（簡稱TT焊工藝）的開發(fā)及控制提供了必要條件。
[0003] 脈沖TIG焊是一種先進(jìn)的焊接方法。隨著功率逆變電源技術(shù)的不斷成熟，脈沖TIG 焊技術(shù)到了新階段。脈沖TIG焊主要采用低頻調(diào)芐基值和峰值電流按照一定頻率周期性變 化，當(dāng)流過峰值電流時(shí)時(shí)，焊件上就形成一個(gè)點(diǎn)狀烙池，當(dāng)流過基值電流時(shí)，點(diǎn)狀電弧由基 值電流維持燃燒，烙池即冷凝，再次出現(xiàn)峰值電流時(shí)，形成一個(gè)新的點(diǎn)狀烙池。合理的調(diào)節(jié) 脈沖電流與擺動的配合，使相鄰兩焊點(diǎn)間有一定相互重疊量，就可W獲得一條致密焊縫。焊 接時(shí)，通過對峰值和基值電流大小、擺動幅度，端點(diǎn)停留時(shí)間的調(diào)節(jié)，就可W控制焊接熱輸 入量，從而控制焊縫尺寸和質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)手工焊落后的情況，提出一種可W滿足LNG內(nèi) 罐壁優(yōu)質(zhì)高效的一種LNG儲罐TIPTIG全自動焊接及控制方法，從而滿足LNG儲罐的生產(chǎn) 需求。本發(fā)明包括如下步驟： 步驟一：焊接過程包括在HMI界面輸入每層每道焊接參數(shù)組并存儲； 步驟二：通過激光掃描焊縫坡口識別焊縫中屯、，使鶴極對準(zhǔn)焊縫中屯、； 步驟Ξ:調(diào)用焊接工藝參數(shù)，擺動器與焊接電流脈沖配合，開始攬拌送絲，調(diào)整焊接弧 壓高度，控制焊絲預(yù)熱溫度，激光實(shí)時(shí)掃描坡口校準(zhǔn)焊縫中屯、位置完成焊接。
[0005] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案，所述激光掃描焊接坡口信息控制方法，采用高精度激光 測距傳感器在工件的坡口上方垂直于工件掃描焊縫坡口，獲取傳感器擺動位移和距工件距 離的數(shù)據(jù)二維曲線并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，從而獲得坡口的信息。焊縫跟蹤過程需保證焊槍時(shí) 刻對準(zhǔn)坡口的中屯、。
[0006] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案，所述熱絲電流通過送絲速度反饋回一個(gè)參考電壓值控制 熱絲電流給定值。
[0007] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案，所述采用弧長自動調(diào)整裝置，弧長調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法是： 如果檢測到的真實(shí)弧壓值與設(shè)定的弧壓值之間差值的絕對值大于弧壓精度設(shè)定值需要調(diào) 節(jié)；一旦弧壓誤差小于精度設(shè)定值，則不作調(diào)節(jié)。
[0008] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案，所述鶴極擺動過程中焊機(jī)給脈沖基值電流，鶴極端點(diǎn)停 留時(shí)焊機(jī)給脈沖峰值電流，實(shí)現(xiàn)鶴極擺動控制系統(tǒng)和鶴極氣弧脈沖電流同頻、同相、同脈寬 的控制方式。
[0009] 作為本發(fā)明技術(shù)方案，所述送絲時(shí)采取相對焊接方向采用后方插入焊絲的方式的 高頻振動自動送絲，能大大提高烙敷率。焊接結(jié)束后，需要對焊絲抽絲。
[0010] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案，所述具有焊絲實(shí)際送絲速度檢測裝置，檢測到的送絲速 度與給定送絲速度比較對送絲速度進(jìn)行補(bǔ)償，使送絲速度穩(wěn)定。
[0011] 本發(fā)明的焊接及控制方法的優(yōu)點(diǎn)有： 目前市場上使用的送絲機(jī)不帶有送絲速度的檢測裝置，在焊接過程中送絲不穩(wěn)定直接 影響著焊接質(zhì)量，本焊接系統(tǒng)采用控制器輸出PWM脈沖控制送絲電機(jī)運(yùn)動，焊絲帶動旋轉(zhuǎn) 編碼器對實(shí)際的送絲實(shí)際速度，通過與給定送絲速度的比較調(diào)節(jié)送絲電機(jī)輸出，使送絲速 度穩(wěn)定。
[0012] 本發(fā)明的焊接過程中由于工件的熱變形及安裝過程中存在誤差，設(shè)計(jì)了激光實(shí)時(shí) 掃描焊接坡口信息控制方式。高精度激光測距傳感器焊接過程中不斷擺動掃描焊縫坡口， 從而獲得坡口的信息。可實(shí)現(xiàn)焊槍時(shí)刻對準(zhǔn)坡口的中屯、。從而實(shí)現(xiàn)了不需人工對準(zhǔn)焊縫的 自動化控制。
[0013] 本發(fā)明的焊接方法可實(shí)現(xiàn)TIG焊接過程脈沖電流控制、動態(tài)送絲頻率控制、送絲 速度補(bǔ)償及熱絲電流的控制，從而在焊接過程中實(shí)現(xiàn)焊件控制熱輸入和烙池尺寸，電弧能 量集中且挺度高，焊接試件變形小，精確地控制熱輸入和烙池尺寸，而且可W得到均勻的烙 深，而且動態(tài)熱絲對烙池金屬具有強(qiáng)有力的攬拌作用，可W使一些雜質(zhì)析出，大大提高了焊 接質(zhì)量和焊接速度。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的激光傳感器掃描運(yùn)動示意圖。
[0015] 其中，1、激光測距傳感器，2、待焊工件左側(cè)，3、待焊工件右側(cè)，4、焊接坡口左端邊 緣位置，5、焊接坡口右端邊緣位置，6、左右擺動 圖2為本發(fā)明掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)系建立示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1所示，本發(fā)明掲示LNG儲罐TIPTIG全自動焊接及控制方法，其包括W下步 驟： 步驟一：焊接過程包括在HMI界面輸入每層每道焊接參數(shù)組并存儲； 步驟二：通過激光識別焊縫獲取焊縫中屯、位置，校準(zhǔn)鶴極對中。如圖1所示，激光測 距傳感器1通過直線滑臺向右擺動，在垂直于焊件的上方掃描，傳感器可測出距離工件的 實(shí)際距離；實(shí)時(shí)測得傳感器距工件的距離；當(dāng)傳感器1從工件2處表面上方自左向右掃 描過坡口 4點(diǎn)，再繼續(xù)掃描坡口經(jīng)過5點(diǎn)到達(dá)工件3處表面上，通過采集傳感器1測量 距離的數(shù)據(jù)與傳感器1向右擺動的距離數(shù)據(jù)在運(yùn)段期間建立直角坐標(biāo)系，如圖2所示。設(shè) 定傳感器1在工件2表面上掃描起始點(diǎn)為建立的坐標(biāo)系原點(diǎn)0,垂直于焊接工件傳感器1 擺動方向?yàn)閄軸，與傳感器1擺動方向垂直對準(zhǔn)待焊工件的為y軸；對采集得到導(dǎo)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理和分析，可W得到坡口在X軸的起始偏移和中屯、偏移、工件根部間隙寬度、焊接坡 口左端4到右端5之間的坡口寬度等信息。
[0017] 步驟Ξ:調(diào)用焊接工藝參數(shù)，擺動器與焊接電流脈沖配合，開始攬拌送絲，調(diào)整焊 接弧壓高度，控制焊絲預(yù)熱溫度，激光實(shí)時(shí)掃描坡口校準(zhǔn)焊縫中屯、位置完成焊接。
[0018] 焊接程序參數(shù)設(shè)定及焊接工藝流程
焊槍鶴極焊縫對中校準(zhǔn)后，根據(jù)焊接工藝調(diào)取焊接工藝參數(shù)配方，焊接開始前提前送 氣約3s，去除管內(nèi)殘余空氣，保護(hù)氣體為純度99. 99%的氣氣，在焊縫背面需要有保護(hù)氣體， 氣體流量為10-2化/Min。焊接電源啟動后延時(shí)Is,開始引弧，電流引弧延時(shí)2s，判斷引弧 是否成功，引弧電流成功焊接小車行走運(yùn)動延時(shí)2s后，高頻攬拌送絲開始，送絲時(shí)采取相 對焊接方向采用后方插入焊絲的方式。擺動器開始擺動，鶴極擺動過程中焊機(jī)給脈沖基值 電流，鶴極端點(diǎn)停留時(shí)焊機(jī)給脈沖峰值電流，實(shí)現(xiàn)鶴極擺動控制系統(tǒng)和鶴極氣弧脈沖電流 相匹配的同頻、同相、同脈寬的控制方式?；￠L自動調(diào)整裝置對焊槍高度調(diào)節(jié)，控制精度為 0.3V。熱絲電流通過送絲速度反饋回一個(gè)參考電壓值控制熱絲電流給定值。焊絲實(shí)際送絲 速度檢測裝置，檢測到的送絲速度與給定送絲速度比較對送絲速度進(jìn)行補(bǔ)償，使送絲速度 穩(wěn)定。焊接線能量控制在45Kj/cm-下，一般常用7-35Kj/cm。焊接停止，延時(shí)Is停止送絲 并回抽焊絲2s，焊機(jī)延時(shí)2s停止，焊接小車延時(shí)2后停止運(yùn)行，擺動器擺動回中屯、位置，焊 槍自動抬起5mm，保護(hù)氣體滯后8s后焊接結(jié)束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征在于：控制方法的配合使用可實(shí) 現(xiàn)全自動焊接，包括HMI界面輸入?yún)?shù)、激光掃描焊接坡口、弧長自動調(diào)整、模擬量電壓信 號控制熱絲電源電流輸出、PWM脈沖控制送絲電機(jī)、鎢極擺動控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征于： 所述HMI界面輸入?yún)?shù)有焊接速度設(shè)定、焊接電壓設(shè)定、峰值電流設(shè)定、基值電流設(shè) 定、送絲速度設(shè)定、左右擺動時(shí)間設(shè)定、左右擺動幅值設(shè)定、左右端點(diǎn)停留時(shí)間設(shè)定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征在于： 所述激光掃描焊接坡口信息控制方法，采用高精度激光測距傳感器在工件的坡口上方垂直 于工件掃描焊縫坡口，獲取傳感器擺動位移和距工件距離的數(shù)據(jù)二維曲線并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處 理，從而獲得坡口的信息，使焊縫跟蹤過程保證焊槍對準(zhǔn)坡口的中心。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征在于： 所述弧長自動調(diào)整采用弧長自動調(diào)整裝置，弧長調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法是：如果檢測到的真實(shí) 弧壓值與設(shè)定的弧壓值之間差值的絕對值大于弧壓精度設(shè)定值需要調(diào)節(jié)；一旦弧壓誤差 小于精度設(shè)定值，則不作調(diào)節(jié)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征于：所 述模擬量電壓信號由控制器模擬量模塊輸出以控制熱絲電源電流的輸出，熱絲電流輸出通 過送絲檢測電路反饋給控制器實(shí)際的送絲速度，控制器根據(jù)送絲速度與熱絲電流的關(guān)系調(diào) 整熱絲電流值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征于：所 述PWM脈沖由控制器輸出以控制送絲電機(jī)運(yùn)動，焊絲帶動旋轉(zhuǎn)編碼器對實(shí)際的送絲實(shí)際速 度，通過與給定送絲速度的比較調(diào)節(jié)送絲電機(jī)輸出，使送絲速度穩(wěn)定。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LNG儲罐TIPTIG全自動立縫焊接控制方法，其特征于：所 述鎢極擺動控制，在鎢極擺動過程中焊機(jī)給脈沖基值電流，鎢極端點(diǎn)停留時(shí)，焊機(jī)給脈沖峰 值電流，實(shí)現(xiàn)鎢極擺動控制系統(tǒng)和鎢極氬弧脈沖電流同頻、同相、同脈寬的控制方式。
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種焊接自動化領(lǐng)域的LNG儲罐TIP？TIG全自動立縫焊接控制方法，焊接包括如下步驟，步驟一：在HMI界面輸入每層每道焊接參數(shù)組并存儲；步驟二：通過激光掃描焊縫坡口識別焊縫中心，使鎢極對準(zhǔn)焊縫中心；步驟三：調(diào)用焊接工藝參數(shù)，焊接小車行走，擺動器與焊接電流脈沖配合，開始攪拌送絲，調(diào)整焊接弧壓高度，控制焊絲預(yù)熱溫度，激光實(shí)時(shí)掃描坡口校準(zhǔn)焊縫中心位置完成焊接。本發(fā)明采用的LNG儲罐TIP？TIG全自動立縫焊接控制方法，能夠達(dá)到良好的焊縫成形，焊接效率高、焊縫質(zhì)量更穩(wěn)定。
【IPC分類】B23K9/167
【公開號】CN105312738
【申請?zhí)枴緾N201510575903
【發(fā)明人】付偉, 許家忠, 尤波, 李東潔, 黃玲, 張宇
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年12月11日