阅读说明：本技术 一种基于Key-TIG技术的单面双面成型焊接方法及智能装备 (Single-sided and double-sided forming welding method based on Key-TIG technology and intelligent equipment ) 是由 肖明颖 陈增铎 王琪晨 姜风春 范振红 孔神庆 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明针现代工业生产对高效单面焊双面成型焊接技术的迫切需求,基于Key-TIG深熔匙孔焊接技术原理,提出了一种基于Key-TIG单面焊双面成型焊接技术的智能装备设计,该装备由Key-TIG深熔焊接系统和激光轮廓在线检测系统构成,综合运用了Key-TIG深熔焊接技术的单面焊双面成型焊接和深熔焊接、以及在线检测的技术优点,解决Key-TIG焊接装配要求较高,单面焊双面成型合格率不高等技术瓶颈,可以实现高效率、高质量单面焊双面成型焊接,降低了焊接操作难度,易于实现焊接自动化。(The invention provides an intelligent equipment design based on a Key-TIG (tungsten inert gas) deep fusion welding system and a laser contour online detection system, aiming at the urgent need of the modern industrial production for a high-efficiency single-side welding double-side forming welding technology, based on the Key-TIG deep fusion keyhole welding technical principle, the equipment is composed of the Key-TIG deep fusion welding system and the laser contour online detection system, the technical advantages of single-side welding double-side forming welding, deep fusion welding and online detection of the Key-TIG deep fusion welding technology are comprehensively utilized, the technical bottlenecks of high assembly requirement of the Key-TIG welding and low qualification rate of single-side welding double-side forming welding are solved, high-efficiency and high-quality single-side welding double-side forming welding can be realized, the welding operation difficulty is reduced, and the welding automation is easy to realize.)

一种基于Key-TIG技术的单面双面成型焊接方法及智能装备

技术领域

本发明涉及焊接技术与装备领域，特别是涉及一种基于Key-TIG技术的单面双面成型焊接方法及智能装备。

背景技术

焊接技术在航空航天、核能装备、船舶海工、石油炼化、重型机械等领域有着广泛应用，在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要的作用。但是由于焊接成型原理限制，焊接通常难以实现单面焊双面成型，因此为达到质量要求，对于关键构件的焊接接头一般采用双面来完成；这就造成了焊接工序的增加，同时为了保证焊接可达性，增加了工艺设计的难度。目前，常用的单面双面成型的焊接方法是手工电弧焊（SMAW）、钨极氩弧焊（TIG）、等离子焊接和激光焊接；手工电弧焊（SMAW）、钨极氩弧焊（TIG）对焊接操作人员的技术水平要求较高；等离子焊接和激光焊接的设备投资成本较高，且对焊接装配要求较高，例如激光焊接的装配间隙要求小于0.1mm。匙孔焊接，简称Key-TIG，是一种通过大电流形成锁孔而实现深熔焊的一种新型焊接方法；它可对3-16mm的母材实现单面焊接双面成型，具有高效率、高质量和低成本优势，具有良好的应用前景。Key-TIG焊接的质量与待焊构件的装配状态，特别是装配间隙密切相关；在同样的焊接电流下，装配间隙过小时，不能形成锁孔，不能实现单面焊双面成型，当装配间隙过大时，容易焊穿，也不能形成单面焊双面成型。因此有必要开发一种的智能焊接控制方法，确保焊接电流与装配间隙相匹配，以焊接质量。传统的保证Key-TIG单面焊接双面成型的焊接质量方法主要有两种：一种是前序控制，即严格控制焊接作业前的下料工序和装配工序，确保待焊构件的装配间隙稳定在0-0.5mm范围内，这种方法增加了整体的生产成本；另一种方法是人为过程干预，即在焊接过程中，有经验的焊工观察熔池状态，并根据熔池的状态，调整焊接电流大小，以实现单面焊双面成型，这种控制方法提高了操作焊工的技术水平要求，而且不利于实现焊接的自动化。

发明内容

本发明针对Key-TIG焊接单面焊双面成型的技术瓶颈，基于自适应控制原理，提出了一种Key-TIG单面焊双面成型焊接智能装备设计，用来解决Key-TIG焊接装配要求较高，单面焊双面成型合格率不高等问题，设计的装备可以实现高效率、高质量单面焊双面成型，易于实现焊接自动化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于Key-TIG技术的单面双面成型焊接方法及智能装备，包括：Key-TIG深熔焊焊接系统、激光轮廓在线检测系统。

所述Key-TIG深熔焊焊接系统由焊接电源、焊枪、冷水机、氩气瓶组成。

所述焊接电源用于为整个焊接过程提供电源。

所述焊枪为K-TIG焊专用焊枪，且可调节的范围为0-1000A。

所述冷水机用于焊接过程中对焊枪及时进行冷却。

所述氩气瓶用于给整个焊接过程提供保护气体，焊接过程中同时给焊缝的表面以及底部通保护气体保证焊缝不被氧化。

所述激光轮廓在线检测系统，由激光测量传感器和数据处理器组成。

所述激光测量传感器，用于实现对焊前装配间隙信息的测量。

所述数据处理器，对对激光测量传感器采集装配信息进行储存、分析并根据焊接专家数据库给定焊接电流。

所述Key-TIG深熔焊焊接系统主要用于实现单面焊双面成型，其原理是：在电弧压力的作用下，被焊工件表面开始向下凹陷而形成了小凹坑，并且不断地把已经熔化的液态金属挤到熔池的四周，小凹坑也不断地向下凹陷，因此在液态金属熔池中就出现了贯穿工件的小孔。熔池内部受到电弧压力、液态金属表面张力和液态金属静压力等作用下得到动态平衡，此时小孔就会保持相对稳定的几何形状。当电弧向前移动时，小孔也会随之向前移动，此时原熔池失去了平衡逐渐凝固成焊缝。

所述激光轮廓在线检测系统基于激光三角反射式原理，指定波长的激光，通过特殊的透镜组整形成一条静态激光线投射到被测物体表面上；激光线在被测物体表面形成漫反射，反射光透过特定光学系统，被投射到敏感感光介质上形成次形成尺寸采集信息。

所述一种Key-TIG单面焊双面成型焊接智能装备的作业工艺流程为：激光轮廓在线检测系统用于实施测量焊前装配参数，根据装配参数制定后续的焊接控制参数，并将参数传给K-TIG深熔焊接系统；K-TIG深熔焊焊接系统根据接收到的焊接参数，完成起弧、焊接以及收弧的整个焊接过程。

所述一种Key-TIG单面焊双面成型焊接智能装备，其特征在于，所述焊接对象为任何金属：碳钢、低合金钢、不锈钢、锆及其合金、镍及其合金、钛及其合金等。

所述一种Key-TIG单面焊双面成型焊接智能装备，其特征在于，材料供给方式为旁轴送丝，也可以不填加焊丝进行焊接。

所述一种Key-TIG单面焊双面成型焊接智能装备，其特征在于，所述装备可以用于管子类回转体构件焊接，装备经改进后，也可以用于平面对接焊接。

附图说明

图1基于K-TIG技术的单面双面成型焊接智能装备示意图。

图2 焊接作业工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图以管子焊接为例进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

结合图1，一种Key-TIG单面焊双面成型焊接智能装备，由Key-TIG深熔焊焊接系统、激光轮廓在线检测系统、数控加工工作台组成。

所述Key-TIG深熔焊焊接系统由焊接电源3、焊枪4、冷水机1、氩气瓶2组成。

所述焊接电源3用于提供焊接热源。

所述焊枪4为Key-TIG焊专用焊枪，且可调节的范围为0-1000A。

所述冷水机1用于在焊接过程中提供冷却水对焊枪4和激光测量传感器5进行冷却。

所述氩气瓶2用于给整个焊接过程提供保护气体，同时给焊缝的表面以及根部提供保护气体保证焊缝不被氧化。

所述激光轮廓在线检测系统，由5激光测量传感器和数据处理器6组成。

所述激光测量传感器5，用于实现对焊前装配间隙信息的测量，测量精度为0.1mm。

所述数据处理器6，对对激光测量传感器5采集装配信息进行储存、分析并根据焊接专家数据库给定焊接电流。

所述数控加工工作台，包括基础床体7、固定爪盘8、托架9、行走机头10。

所述基础床体7为固定爪盘8、托架9、行走机头10的载体。

所述固定爪盘8置于基础床体7上，是待焊工件11的载体，其转速0-60R/min，定位精度±0.1mm，爪盘加持直径60-500mm，配合托架12实现最大加工长度4m，最大加工重量2吨。

所述行走机头10置于基础床体7上，为的焊枪4、激光测量传感器5的载体，其行走速度为0-500mm/min，精度为±0.1mm/1m，直线行走距离为4.5m。

所述托架9置于基础床体7上，用于工件11的辅助支撑及安装定位。

结合图2焊接作业工艺流程图，简要说明工艺流程如下：

步骤1，工件下料；

步骤2，打磨并装配焊接工件；

步骤3，焊接在线监控系统启动；

步骤4，焊前装配数据（间隙、错边、坡口角度）采集；

步骤5，制定焊接工艺参数（焊接电流、焊接速度），并反馈给Key-TIG深熔焊接系统；

步骤6，K-TIG焊接系统启动，开始焊接作业；

步骤7，焊前装配数据（间隙、错边、坡口角度）实时采集，如有变化，更改焊接工艺参数（焊接电流、焊接速度），继续焊接；

步骤8，焊接结束，关闭系统电源。