基于电弧传感的窄坡口管道焊接焊缝跟踪技术研究

发布时间：2017-10-20 03:38

  本文关键词：基于电弧传感的窄坡口管道焊接焊缝跟踪技术研究

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【摘要】：海底管道铺设全位置焊接机器人是深水管道铺设系统中重要的专用铺管设备,其稳定的工作性能及较高的焊接效率是决定铺管效率的第一因素。基于电弧传感的窄坡口管道焊接是实现海底管道铺设焊接自动化的关键技术,管道焊接采用窄坡口形式且属于全位置焊接,陡峭的坡口侧壁、小电流熔滴过渡及全位置焊接工艺参数的变化,增加了电弧传感焊缝跟踪方式的难度。本文在充分调研国内外管道焊接机器人电弧传感技术研究现状的基础上,分析了窄坡管道焊接电弧传感面临的技术难点,提出了海底管道铺设焊接机器人电弧传感技术的总体研究方案,明确了需要研究的关键技术。主要研究工作如下：(1)以摆动电弧传感为切入点,搭建了一套具备数据采集、偏差计算和偏差调整功能的焊缝跟踪焊接试验系统,研究了焊枪摆动频率对电弧传感信号灵敏度的影响规律；通过研究不同侧壁距离下的溶滴特性,获得了焊丝稳定燃烧的最佳距离值及稳定的焊接电信号；(2)研究了窄坡口电弧传感的机理,建立了不同熔滴过渡下的窄坡口电弧传感数值模型,该模型可实现3种熔滴过渡的转换。在数值模型的基础上加入了焊炬在坡口中的摆动模型,进行了不同摆频和摆宽条件下的焊接电信号波形仿真。(3)针对熔滴过渡对电弧信号的影响,采用coif5小波进行电弧信号的滤波处理,可去除电弧传感信号中的噪声信号,获得了稳定的电弧偏差信号。(4)通过分析熔化极气体保护焊接电弧信号,提出了区间积分偏差提取算法,采用了带死区的PID控制策略,编写了基于LabVIEW焊缝跟踪算法程序,获得了较好的稳定性。以上研究成果为海底管道铺设焊接机器人智能化关键技术的研究奠定了基础,提升了国内海底管道铺设焊接机器人的研究水平。
【关键词】：管道焊缝跟踪 电弧传感 小波降噪 Simulink仿真 LabVIEW
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG409
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 符号说明16-18
• 第一章 绪论18-29
• 1.1 前言18-23
• 1.2 国内外管道焊缝跟踪技术研究现状23-25
• 1.2.1 国外焊缝跟踪技术研究现状24
• 1.2.2 国内焊缝跟踪技术研究现状24-25
• 1.3 熔化极气体保护焊电弧传感数值模型25-26
• 1.4 摆动电弧传感的原理26-29
• 第二章 窄坡口摆动电弧传感数值仿真29-43
• 2.1 电弧传感系统的简化29-30
• 2.2 GMAW射流过渡模式模型30-34
• 2.2.1 GMAW焊接电源数值模型30-31
• 2.2.2 射流模式电弧数值模型31-32
• 2.2.3 焊丝融化率数值模型32-33
• 2.2.4 射流模式下的电流电压数值模型33-34
• 2.3 GMAW球状过渡模式模型34-36
• 2.3.1 球状过渡电弧数值模型34-36
• 2.3.2 球状过渡电流电压数值模型36
• 2.4 GMAW短路过渡数值模型建立36-39
• 2.4.1 短路过渡电弧模型37-38
• 2.4.2 短路模式电流电压数值整体模型38-39
• 2.5 窄坡口熔化极电弧焊模型39-42
• 2.5.1 窄坡口模型39-40
• 2.5.2 窄坡口射流过渡模式模型40-41
• 2.5.3 窄坡口短路过渡模式模型41-42
• 2.6 仿真实验条件42-43
• 第三章 窄坡口电弧传感特性试验研究43-81
• 3.1 窄坡口焊接试验系统43-51
• 3.1.1 窄坡口焊接试验装置43-45
• 3.1.2 焊接电源45
• 3.1.3 平台控制系统设计45-46
• 3.1.4 信号采集系统46-50
• 3.1.5 全位置变位机50
• 3.1.6 试验材料50-51
• 3.2 基于CAN-OPEN的试验平台控制程序51-57
• 3.2.1 运动电机控制程序52-53
• 3.2.2 摆动焊炬控制程序53-55
• 3.2.3 电弧传感信号采集程序55-56
• 3.2.4 起弧程序和断弧程序56-57
• 3.3 最优摆频焊接试验57-70
• 3.3.1 试验步骤58-59
• 3.3.2 最优摆频实验结果59-70
• 3.4 不同摆宽焊接试验70-75
• 3.4.1 试验步骤70-71
• 3.4.2 最优摆宽实验结果71-75
• 3.5 不同位置焊接试验75-81
• 3.5.1 试验步骤75-76
• 3.5.2 试验结果76-81
• 第四章 窄坡口焊缝跟踪试验81-93
• 4.1 焊缝跟踪程序开发81-89
• 4.1.1 数据采集程序81-84
• 4.1.2 管道全位置焊接左右跟踪算法程序84-89
• 4.2 焊缝跟踪试验步骤89-90
• 4.3.焊缝跟踪试验结果90-93
• 第五章 总结与展望93-95
• 5.1 总结93-94
• 5.2 展望94-95
• 参考文献95-98
• 致谢98-100
• 研究成果及发表的学术论文100-102
• 作者及导师简介102-103
• 附件103-104

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本文编号：1065060