对药芯焊丝水下湿法焊接过程实时检测与控制技术 .pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com药芯焊丝水下湿法焊接过程实时检测与控制技术山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东省海洋环境检测技术重点实验室(青岛市266001)贾传宝杜永鹏郭宁薛良昌，程双球王芳袁新摘要实现焊接过程的自动化、智能化是水下焊接技术的发展趋势，而首要的问题就是焊接过程的传感检测和控制技术。水下湿法焊接环境复杂，水介质与空气介质物理特征的差异决定了焊接过程完全不同的特点。介绍了基于药芯焊丝的水下湿法焊接过程检测与控制技术发展现状。根据传感检测信号的类型，主要检测方式可以分为视觉信号、电信号、热信号和声信号等，均具有不同的优势和特点；根据

2、控制对象的不同，对焊接过程的控制可以分为熔滴过渡控制、熔深控制技术及焊缝跟踪技术等。实时检测与控制技术的研究和发展，是水下湿法焊接技术的研究重点也是难点；对提高湿法焊接技术的焊缝质量和在行业内推广应用具有重要意义。关键词：药芯焊丝湿法水下焊接检测控制中图分类号：TG456．5的发展趋势，而首要的问题就是焊接过程的检测传感0前言和控制技术J。由于复杂的水下环境及水下压力等多随着中国海上钻井平台、海底石油管线以及跨海种因素都可能导致焊接过程不稳定。水下焊接的熔滴大桥等各种现代海洋工程建设的发展，对于高质量高过渡特征、电弧形态、焊缝金属的冶金条件及接头的

3、力效率的水下焊接技术的需求越来越迫切。水下焊接技学性能都会发生很大的变化，容易出现裂纹、气孔、成术一般可分为干法、湿法及局部湿法焊接，其中湿法焊形差以及电弧不稳定等各种情况，同样会影响到焊接接是指焊接材料直接与水相接触，在水中引弧并维持过程的稳定性和最终焊缝力学性能j。电弧在不断产生的气泡中燃烧的焊接技术，以其成本文中结合水下药芯焊丝湿法焊接过程的特点，简低廉、操作方便、生产效率高及设备简单等优点，成为要介绍了湿法焊接过程中实时检测与控制技术的研究水下焊接技术的研究热点，具备广阔的发展前景【lJ。现状，并对其下一步的发展趋势进行了展望。根据焊接材料

4、的不同，水下湿法焊接又可以分为1水下药芯焊丝湿法焊接过程的特点焊条电弧焊、实心焊丝焊接和药芯焊丝焊接，其中基于药芯焊丝的水下湿法焊接具备明显的优势。与焊条电药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效弧焊相比，药芯焊丝可以连续焊接，能够大幅提高生产率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势，效率，且对焊缝保护更好，具备更高的焊接质量；采用在应用到水下焊接技术中时，则更显示出了明显的优药芯焊丝与实心焊丝相比，其金属与药芯的配合在热势。图1为药芯焊丝湿法焊接过程示意图，送丝机构量上更为有效，加进的焊药能有效地改善电弧电离条置于水中以避免送丝距离过长，

5、焊接过程完全在水环件并促进金属过渡的稳定，在水下焊接时能够产生大境中完成，因此水介质与空气介质物理特征的差异决量气体为电弧燃烧提供必要条件J。定了其完全不同的特点J。实现焊接过程的自动化、智能化是水下焊接技术(1)自保护药芯焊丝在焊接电弧燃烧产生大量气泡，其存在也是电弧燃烧的必要条件。气泡内部主要收稿日期：2010—10—25成分由(62％～92％)H2，(11％一24％)CO，(4％一基金项目i国家863计划重点资助项目(2008AA092901)；山东省科学院6％)CO：，0：，N：和微量气态金属构成。其气体成分的科技发展基金项目“海洋水下湿法

6、焊接过程监测与控制系变化与电弧稳定性和熔滴过渡特征密切相关。统”。2011年第4期15学兔兔www.xuetutu.comr蜷掳专题综述时间域的模拟信号形式输出，经由图像采集卡上的A／D电路，在同步时钟的作用下转换为离散的空间域数据后送人计算机处理。其视觉传感的关键在于图像的计算机处理，以识别熔池几何形状、电弧形态以及平面上的焊缝位置等J。利用CCD传感器拍摄水下焊接电弧区域清晰图像有更多的困难，需要克服焊接过程的强电弧光干扰、水环境下成像特性以及焊接过程的烟尘干扰等J，由于其拍摄速度大约为每秒钟几十帧，而熔滴过渡频率在50～300Hz之间，因此难

7、以直接用于熔滴过渡过程的检测。图3为基于CCD的水下焊接电弧形态视觉检测图像，但无法清晰观测到熔滴过渡图1药芯焊丝湿法焊接示意图形态，其分辨率和清晰度仍待提高。(2)水下湿法焊接最大的问题之一是熔池金属与气泡的相互作用，由于气泡中H：含量非常高，所以氢脆敏感性是特别关键的问题。(3)焊接区域的冷却速率比空气中200～300℃／s的速度要快2～3倍，快速冷却导致熔滴尺寸减小，同时焊缝和热影响区冷却得非常快，容易导致淬硬组织和焊缝的产生，接头的韧性变差。(4)随着水深的不断增加，周围水压对热力学、动红力学以及电弧与熔池之间复杂反应的平衡都有明显影响，电

8、弧燃烧气氛压力增加，弧柱变细，焊道宽度变窄，焊缝高度增加，同时导电介质密度增加，从而增加了电离难度，电弧电压随之升高，电弧