窄间隙明弧焊时，飞溅大大降低焊接工艺的可靠性，影响保护气体的保护效果和送丝的稳定性。另一方面，飞溅一旦粘合在侧壁上还可能造成焊枪移动困难甚至产生短路。

由于工艺参数的稳定精度和电弧作用位置的准确度直接影响到层间的熔合质量，所以对这方面的要求极高，坡口加工的限制也直接导致了焊渣清理工作难度增大[8]。

但是窄间隙焊接方法作为一种新型的焊接方法，有着其他传统焊接难以企及的优势，尤其体现在厚板焊接方面。与传统的焊接工艺比较，NGW有如下的优点：它缩短了焊接时间提高了焊接效率；由于熔化的焊缝金属体积小热输入小，所以产生的残余应力小，保证了焊接质量；窄间隙焊接可显著提高焊缝的韧性；NGW给予设计师选用焊接结构的自由；减少焊接费用，具有良好的经济效应[9]。

1.3 窄间隙焊接研究现状

1.3.1 窄间隙埋弧焊（NG-SAW）

1.3.2 窄间隙TIG焊

1.3.3 窄间隙熔化极气体保护焊

1.4 摇动电弧窄间隙焊接方法

上述的新型窄间隙焊接方法虽然能够解决侧壁未熔合现象，但是在解决空间各种位置的自由焊接问题上无法发挥作用，因此，产生了摇动电弧窄间隙焊接方法。

新型的摇动电弧窄间隙GMAW焊接方法，较之传统技术，焊炬体积紧凑，转速调节方便，焊接过程更加稳定。它利用单片机实现对焊接过程的数字化控制，从而解决了现存焊接方法中的电弧摇动轨迹单一和控制器控制精度低的缺陷。

江苏科技大学的王加友、朱杰等人提出了一种摇动电弧窄间隙焊接控制系统。

如图1-4所示，摇动电弧窄间隙焊接系统的主要装置包括：控制器、电机、光电开关、微弯型导电杆、导电嘴，送丝轮等。导电杆上方部分带有一个光栅盘，其与光电开关组合成一个光电传感器，用于检测焊接摇动的频率。控制器采用双单片机进行控制，操作简单，电路可靠性高，并且能够保证较高的控制精度，有近乎全位置焊接的可能性[18]。

1.5 焊接过程适应控制视觉传感发展现状

CMOS技术自从上世纪70年代问世以来，发展已经较为成熟，克服了很多在工程实际应用上带来的问题。

焊接的自动化控制属于自动控制的一个部分，所以完全可以将自动化控制论应用于焊接领域。但是需要注意的是，焊接过程存在区别去其他生产过程的特点，因此，在应用的过程中，还存在适应性的问题。通常焊缝追踪传感器可以按照工作原理分为直接电弧式、接触式和非接触式三种[19]。而在这几种常用的方式下面又衍生出了许多分支，如图1-5所示。

随着计算机技术的快速发展，图像处理技术越来越多的应用到了焊接领域，视觉传感技术在实际的应用中所占的比例也越来越大。据调查显示，光学传感器在焊缝追踪方面前景美好，正主导着焊缝追踪的主要研究方向[20]。

具体不同传感器的优劣如表1-2所示。与其他传感方式显示相比，光学传感的优劣一目了然，它最大的优势就在于可以直接获取熔池区和电弧区的图像，具有非惯性、不接触、可靠性强、信息量等优点[21]。

表1-2 不同传感器的优劣对比

传感器类型 优点 缺点

1.能够直接检测电弧的电流和电压 1只有点燃电弧才能工作

2.监测点和焊接点是同个位置 2.在使用过程中角度需要变化

电弧传感器 3.无需在焊炬上添加辅助设备 3.接头必须是对称的工件才能使用

4.实时性好 4.应用具有局限性

5.不怕电弧、飞溅弧光等影响

1.信息量大

2.与工件不接触

视觉传感器 3.灵敏度高 1.力学性能欠佳

4.精度高

5.抗电磁干扰能力强