一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于油氣管道焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大口徑油氣管道激光/電弧復(fù)合焊，在焊接過(guò)程中，飛濺的焊渣會(huì)對(duì)激光焊炬的聚焦鏡保護(hù)鏡片造成嚴(yán)重的飛濺污染，使激光的光束質(zhì)量嚴(yán)重下降，從而影響焊接質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)在激光聚焦鏡保護(hù)鏡片前設(shè)計(jì)橫向高壓氣體氣簾吹走飛濺的焊渣，但該方法僅適用于純激光焊炬。而在激光/電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)中，壓強(qiáng)在4MPa以上的氣簾氣壓才能有效吹走焊渣飛濺，而此時(shí)高壓氣流會(huì)擾亂電弧焊的保護(hù)氣流，導(dǎo)致焊縫成型出現(xiàn)氣孔。而如果降低氣簾的壓強(qiáng)(小于2MPa)，保護(hù)氣流可以不受影響，但由于氣簾的壓強(qiáng)過(guò)低，氣流太小不能有效吹走飛濺的焊渣，激光焊炬的保護(hù)鏡片仍被焊渣飛濺污染。因此，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法滿足激光電弧復(fù)合焊的焊接需要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中，激光電弧復(fù)合焊在焊接過(guò)程中焊渣飛濺，污染激光焊炬的聚焦保護(hù)鏡片，導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型提供一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0006]激光傳感器，所述激光傳感器采集焊縫的第一位置圖像信息及第二位置圖像信息;
[0007]圖像處理計(jì)算機(jī)，所述圖像處理計(jì)算機(jī)的第一端口與所述激光傳感器連接；用于根據(jù)所述第一位置圖像信息及所述第二位置圖像信息計(jì)算所述焊縫的橫向偏差、縱向偏差;
[0008]將所述橫向偏差轉(zhuǎn)換為橫向偏差電壓量，將所述縱向偏差轉(zhuǎn)換為縱向偏差電壓量，根據(jù)超前延時(shí)量進(jìn)行延時(shí)計(jì)算后，將所述橫向偏差電壓量及所述縱向偏差電壓量發(fā)送至控制器；
[0009]控制器，所述控制器與所述圖像處理計(jì)算機(jī)的第二端口連接，用于根據(jù)所述橫向偏差電壓量修正所述橫向偏差，根據(jù)所述縱向偏差電壓量修正所述縱向偏差；
[0010]執(zhí)行器，所述執(zhí)行器與所述控制器的第三端口連接；用于根據(jù)修正后的所述橫向偏差、所述縱向偏差控制所述復(fù)合焊焊炬與所述焊縫保持精準(zhǔn)對(duì)中狀態(tài)后，進(jìn)行焊接；
[0011]防護(hù)板，所述防護(hù)板設(shè)置在所述復(fù)合焊焊炬的激光頭處，用于防止焊接焊渣污染激光焊炬的聚焦鏡保護(hù)鏡片，并降低激光焊炬防護(hù)氣簾的壓強(qiáng)，保證焊接質(zhì)量。
[0012]上述方案中，所述第一位置圖像信息具體包括:所述復(fù)合焊焊炬的初始焊接位置的圖像信息；
[0013]所述第二位置圖像信息具體包括:在預(yù)設(shè)周期內(nèi)，所述復(fù)合焊焊炬到達(dá)焊接位置的圖像信息。
[0014]上述方案中，所述第一端口為RS485或RS232端口。
[0015]上述方案中，所述第二端口為以太網(wǎng)端口。
[0016]上述方案中，所述防護(hù)板的材質(zhì)包括:銅板、鋁板。
[0017]上述方案中，所述防護(hù)板包括:第一金屬板、第二金屬板；其中，
[0018]所述第一金屬板上設(shè)置有安裝孔，所述第二金屬板上設(shè)置有與激光焊炬聚焦點(diǎn)同心的第一圓孔。
[0019]上述方案中，所述第一圓孔的直徑為7.3?7.5mm。
[0020]本實(shí)用新型提供了一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:激光傳感器，所述激光傳感器采集焊縫的第一位置圖像信息及第二位置圖像信息；圖像處理計(jì)算機(jī)，所述圖像處理計(jì)算機(jī)用于根據(jù)所述第一位置圖像信息及所述第二位置圖像信息計(jì)算所述焊縫的橫向偏差、縱向偏差；將所述橫向偏差轉(zhuǎn)換為橫向偏差電壓量，將所述縱向偏差轉(zhuǎn)換為縱向偏差電壓量，根據(jù)超前延時(shí)量進(jìn)行延時(shí)計(jì)算后，將所述橫向偏差電壓量及所述縱向偏差電壓量發(fā)送至控制器；控制器，所述控制器用于根據(jù)所述橫向偏差電壓量修正所述橫向偏差，根據(jù)所述縱向偏差電壓量修正所述縱向偏差；執(zhí)行器，所述執(zhí)行器用于根據(jù)修正后的所述橫向偏差、所述縱向偏差控制所述復(fù)合焊焊炬與所述焊縫保持精準(zhǔn)對(duì)中狀態(tài)后，進(jìn)行焊接；防護(hù)板，所述防護(hù)板用于防止焊接焊渣污染激光焊炬的聚焦鏡保護(hù)鏡片，并降低激光焊炬防護(hù)氣簾的壓強(qiáng)，保證焊接質(zhì)量；如此，所述焊接系統(tǒng)能夠有效避免激光焊炬聚焦鏡片受到焊渣的污染，消除所述激光焊炬防護(hù)氣簾氣流對(duì)保護(hù)氣流的影響，提高焊接質(zhì)量及焊接效率。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的防護(hù)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的圖像處理計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0026]1-激光傳感器；2_圖像處理計(jì)算機(jī)；3_控制器；4_執(zhí)行器；41_圖像處理器；42-質(zhì)量分析器；43_存儲(chǔ)器；51_激光焊炬；52_電弧焊炬；6_防護(hù)板；61_第一金屬板；62-第二金屬板；7_導(dǎo)流板；8_紅外熱像儀；9_圖像采集卡。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了解決激光電弧復(fù)合焊在焊接過(guò)程中焊渣飛濺，污染激光焊炬的聚焦保護(hù)鏡片，導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:激光傳感器，所述激光傳感器采集焊縫的第一位置圖像信息及第二位置圖像信息；圖像處理計(jì)算機(jī)，所述圖像處理計(jì)算機(jī)的第一端口與所述激光傳感器連接；用于根據(jù)所述第一位置圖像信息及所述第二位置圖像信息計(jì)算所述焊縫的橫向偏差、縱向偏差；將所述橫向偏差轉(zhuǎn)換為橫向偏差電壓量，將所述縱向偏差轉(zhuǎn)換為縱向偏差電壓量，根據(jù)超前延時(shí)量進(jìn)行延時(shí)計(jì)算后，將所述橫向偏差電壓量及所述縱向偏差電壓量發(fā)送至控制器；控制器，所述控制器與所述圖像處理計(jì)算機(jī)的第二端口連接，用于根據(jù)所述橫向偏差電壓量修正所述橫向偏差，根據(jù)所述縱向偏差電壓量修正所述縱向偏差；執(zhí)行器，所述執(zhí)行器與所述控制器的第三端口連接；用于根據(jù)修正后的所述橫向偏差、所述縱向偏差控制所述復(fù)合焊焊炬與所述焊縫保持精準(zhǔn)對(duì)中狀態(tài)后，進(jìn)行焊接；防護(hù)板，所述防護(hù)板用于防止焊接焊渣污染激光焊炬的聚焦鏡保護(hù)鏡片，并降低激光焊炬防護(hù)氣簾的壓強(qiáng)，保證焊接質(zhì)量。
[0028]下面通過(guò)附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]本實(shí)施例提供一種管道全位置激光電弧復(fù)合焊焊接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:激光傳感器1、圖像處理計(jì)算機(jī)2、控制器3、執(zhí)行器4、復(fù)合焊5以及防護(hù)板6 ;其中，
[0030]所述激光傳感器I采集焊縫的第一位置圖像信息及第二位置圖像信息，將所述第一位置圖像信息及第二位置圖像信息發(fā)送至所述圖像處理計(jì)算機(jī)2 ;具體地，所述激光傳感器I投射到焊縫上的特定頻率的激光條紋經(jīng)過(guò)濾光片過(guò)濾其他頻率干擾光線后由電荷親合元件(CCD，Charge-coupled Device)成像單元攝取包含焊縫參數(shù)的圖像信息。所述焊縫參數(shù)包括:所述焊縫的橫向偏差、縱向偏差、所述焊縫的對(duì)口間隙以及所述焊縫的錯(cuò)邊量。
[0031]所述圖像處理計(jì)算機(jī)2的第一端口與所述激光傳感器I連接；用于根據(jù)所述第一位置圖像信息及所述第二位置圖像信息計(jì)算所述焊縫的橫向偏差、縱向偏差；根據(jù)所述第二位置圖像信息獲取所述焊縫的對(duì)口間隙以及所述焊縫的錯(cuò)邊量，根據(jù)所述對(duì)口間隙及所述錯(cuò)邊量擬合計(jì)算激光輸出功率控制量。
[0032]具體地，所述第一端口為RS485或RS232端口，所述圖像處理計(jì)算機(jī)2利用激光功率控制函數(shù)擬合計(jì)算激光輸出功率控制量。
[0033]因所述復(fù)合焊具有大熔深、橋接能力好的特點(diǎn)，因此可以適應(yīng)較大的錯(cuò)邊量，所述錯(cuò)邊量的值具體可以為:0?2mm。但如果所述錯(cuò)邊量超過(guò)2mm，就需要增大所述復(fù)合焊的激光輸出功率控制量。
[0034]一般來(lái)說(shuō)，透焊雙面Imm坡口鈍邊需要IKW的激光輸出功率，因此，在焊縫內(nèi)部成型時(shí)，所需第一激光輸出功率P1可以根據(jù)公式(I)得出。
[0035]P1= P0*(1+1/2*C)(I)
[0036]其中，在公式⑴中，所述Ptl為基礎(chǔ)功率，所述C為錯(cuò)邊量。
[0037]進(jìn)一步地，因所述復(fù)合焊的激光束的聚焦直徑一般為0.33mm，當(dāng)坡口鈍邊較小時(shí)，所述激光束可以適應(yīng)的對(duì)口間隙為O?0.3mm ;而坡口鈍邊為4?1mm的較厚鈍邊時(shí)，所述激光束在負(fù)離焦處的直徑變大，可以適應(yīng)的對(duì)口間隙為O?0.5_。其中，所述負(fù)離焦為所述激光束的聚焦點(diǎn)位于焊接工件的背面。
[0038]而對(duì)口間隙過(guò)大時(shí)，使得激光透射能量過(guò)大，造成焊縫背后過(guò)高，因此可根據(jù)公式
(2)根據(jù)O?0.5mm的對(duì)口間隙調(diào)整第二激光輸出功率P2。
[0039]P2= Pq*(1-1/2*G)(2)
[0040]其中，在公式(2)中，所述G為對(duì)口間隙。
[0041]因此，可以得出所述激光功率控制函數(shù)的關(guān)系式，如公式(3)所示:
[0042]P = Pq*(1+1/2*C-1/2*G)(3)
[0043]其中，所述錯(cuò)邊量及所述對(duì)口間隙的Imm對(duì)應(yīng)IV電壓。
[0044]這里，所述橫向偏差為所述第二位置圖像信息與所述第二位置圖像信息在水平方向上的差量；所述縱向偏差為所述第二位置圖像信息與所述第一位置圖像信息在垂直方向上的差量。其中，
[0045]所述第一位置圖像信息具體包括:所述復(fù)合焊5焊炬的初始焊接位置信息；
[0046]所述第二位置圖像信息具體包括:在預(yù)設(shè)周期內(nèi)，所述復(fù)合焊5焊炬到達(dá)的焊接位置信息。所述預(yù)設(shè)的周期為Is。
[0047]具體地，圖像處理計(jì)算機(jī)2首先對(duì)接收到的第一位置圖像信息及第二位置圖像信息進(jìn)行濾波、二值化、閾值分割和邊緣檢測(cè)等圖像處理，利用數(shù)字圖像處理算法擬合出與焊縫具有比例關(guān)系的焊縫圖像，根據(jù)結(jié)構(gòu)光原理確定焊炬與焊縫對(duì)中的縱向和橫向偏差，加比例系數(shù)修正縱向偏差和橫向偏差以及超前延時(shí)量。
[0048]這里，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的激光傳感器I的安裝高度與比例系數(shù)有關(guān)系。例如，預(yù)先設(shè)定的安裝高度是100_，則比例系數(shù)為I。但是在安裝過(guò)程中會(huì)存在安裝誤差，或者由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制不能準(zhǔn)確安裝視覺(jué)傳感器于10mm高度、，此時(shí)需要設(shè)定比例系數(shù)，比如安裝高度為90mm，比例系數(shù)需要設(shè)為0.9 ;或者安裝高度為IlOmm時(shí)，比例系數(shù)需要設(shè)為1.1，以此修訂，獲得準(zhǔn)確的焊縫尺度信息