变坡口窄间隙焊接电弧摇动适应控制系统研究(2)

2.2.2 折弯导电杆12 2.2.3 摇动电弧窄间隙焊接电源12 2.3 红外视觉传感系统13 2.3.1 视觉传感器的选用13 2.3.2滤波系统15 2.3.3 图像采集卡的选用16 2.4电弧摇动控制


2.2.2 折弯导电杆 12

2.2.3 摇动电弧窄间隙焊接电源 12

2.3 红外视觉传感系统 13

2.3.1 视觉传感器的选用 13

2.3.2滤波系统 15

2.3.3 图像采集卡的选用 16

2.4电弧摇动控制系统 18

2.5 图像处理软件 18

2.6 本章小结 19

第三章 摇动电弧窄间隙焊接图像采集与预处理 20

3.1 焊接图像的采集条件 20

3.2 坡口宽度图像采集系统 20

3.3焊接坡口图像处理原理 22

3.3.1图像处理流程 22

3.3.2 图像灰度值分析 23

3.3.3 图像滤波处理 23

3.3.4 图像对比度增强 24

3.3.5 全局阈值分割处理 24

3.3.6 边缘提取 24

3.4 本章小结 25

第四章 窄间隙MAG焊焊接坡口宽度检测 26

4.1 坡口宽度检测方法原理 26

4.2 坡口宽度检测方法流程 27

4.3 坡口宽度提取 28

4.4 试验结果分析 30

4.5 本章小结 31

结  论 32

参考文献 33

致  谢 35

附  录 36

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

在现代工业里,焊接技术正承担着越来越重要的任务。随着重工业的快速发展,焊接制造中所必须采用的板材越来越厚,传统的焊接方法在处理这类问题时表现不佳[1]。因此,产生了窄间隙焊接方法,窄间隙焊接(NGW)与传统的焊接方法相比具有多方面的优越性,集中表现在对熔敷金属的节约、开坡口工艺的改善,对焊接残余应力也有极大地降低作用,因而可以保证焊接结构的安全性和可靠性[2]。另外,由于窄间隙焊接过程中开窄而深的坡口,焊接过程中受到不利因素干扰的可能性也较小,即保护作用强。另外,窄间隙焊接焊缝的韧性较之传统方法也有一定提高[3]。综上所述,窄间隙焊接的发展前景非常光明,在工程中应用越来越广泛。

但是窄间隙焊接方法存在侧壁熔透性差的缺陷,为解决这个问题,提出了摇动电弧窄间隙焊接方法加强电弧与侧壁的接触,保证侧壁的有效熔合。在实际焊接过程中,由于包括应力在内的多方面因素的影响,窄间隙焊接坡口宽度会发生变化,所以即使使用一些新工艺也很难实现对坡口侧壁的有效加热,故无法获得理想的焊缝[4]。通过对坡口宽度进行实时监测,对电弧摇动进行适应控制可以有效避免坡口宽度变动带来的问题,因此,研究变坡口窄间隙焊接电弧摇动适应控制系统对于优化窄间隙焊接工艺过程具有重要的意义。

本文采用窄间隙MAG焊焊接方法,针对其电弧摇动控制精度不高等问题进行改进,提出一种新的自适应控制方法。通过外加红外相机系统,实现对焊接过程电弧与坡口的实时监控。建立基于红外视觉的摇动电弧窄间隙焊接传感检测系统,采集变坡口摇动电弧窄间隙焊接图像,通过OpenCV软件做出坡口宽度的快速提取算法,研究图像处理算法的特性。根据坡口宽度变化,制定电弧摇动角度的适应性调整策略,实现变坡口窄间隙焊接过程中电弧摇动的适应控制。

1.2 窄间隙焊接发展历程及其技术特点

1963年12月由美国巴特尔研究所(Battelle)开发出了窄间隙焊接方法以后,几十年之间,大量的工作人员对其进行了改进和衍生,针对焊接方法和材料方面研究最为广泛[5]。日本压力容器委员提出,对30mm厚度以上的板材,若加工的坡口间隙厚度不高于材料厚度,就可以将其定义为列为窄间隙焊接[6]。在之后的发展中,对窄间隙焊接的定义更加详细。窄间隙焊接通常采用的热输入不大,焊接产生的热应力不大,但因窄间隙焊接在深且窄的坡口内进行,因此难以保证其焊接质量,其主要的难点突出表现如下:

相比传统焊接方法电弧与坡口的大角度接触来说,窄间隙焊接易产生坡口未熔合现象,电弧通常会与坡口面平行,所以坡口侧边难以受到电弧作用,或者说受电弧作用弱,不易保证熔合的可靠性[7]。