CN105312738A - Lng储罐tip tig全自动立缝焊接控制方法 - Google Patents

Lng储罐tip tig全自动立缝焊接控制方法 Download PDF

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付伟
许家忠
尤波
李东洁
黄玲
张宇
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
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Abstract

本发明涉及到一种焊接自动化领域的LNG储罐TIP？TIG全自动立缝焊接控制方法，焊接包括如下步骤，步骤一：在HMI界面输入每层每道焊接参数组并存储；步骤二：通过激光扫描焊缝坡口识别焊缝中心，使钨极对准焊缝中心；步骤三：调用焊接工艺参数，焊接小车行走，摆动器与焊接电流脉冲配合，开始搅拌送丝，调整焊接弧压高度，控制焊丝预热温度，激光实时扫描坡口校准焊缝中心位置完成焊接。本发明采用的LNG储罐TIP？TIG全自动立缝焊接控制方法，能够达到良好的焊缝成形，焊接效率高、焊缝质量更稳定。

Description

LNG储罐TIP TIG全自动立缝焊接控制方法
技术领域
本发明涉及一种LNG储罐TIPTIG全自动焊接***及焊接方法，主要应用与液化天然气储罐的施工建造。
背景技术
液化天然气作为一种清洁、高效、环保的能源越来越受到青睐，随着我国能源结构的调整，我国把实施LNG（LiquefiedNaturalGas，简称LNG）进口多元化发展战略作为国家能源战略的重要组成部分，LNG储罐用9％Ni钢的焊接技术是现今技术开发的重点。9Ni钢在壁板立焊焊缝焊接主要依赖手工电弧焊（SMAW）或钨极氩弧焊（GTAW）。其中手工氩弧焊的焊接工作量大，焊接效率低，劳动条件差，强度高，焊接质量不易保证，开发比传统SMAW更加高效优质的9％Ni钢焊接工艺及可靠的控制方法，将会带来巨大的工程应用前景及经济效益。TIPTIG焊机开发了动态热丝全自动送丝TIG焊接***，为9％Ni钢内壁板全自动氩弧焊工艺（简称TT焊工艺）的开发及控制提供了必要条件。
脉冲TIG焊是一种先进的焊接方法。随着功率逆变电源技术的不断成熟，脉冲TIG焊技术到了新阶段。脉冲TIG焊主要采用低频调节基值和峰值电流按照一定频率周期性变化，当流过峰值电流时时，焊件上就形成一个点状熔池，当流过基值电流时，点状电弧由基值电流维持燃烧，熔池即冷凝，再次出现峰值电流时，形成一个新的点状熔池。合理的调节脉冲电流与摆动的配合，使相邻两焊点间有一定相互重叠量，就可以获得一条致密焊缝。焊接时，通过对峰值和基值电流大小、摆动幅度，端点停留时间的调节，就可以控制焊接热输入量，从而控制焊缝尺寸和质量。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术手工焊落后的情况，提出一种可以满足LNG内罐壁优质高效的一种LNG储罐TIPTIG全自动焊接及控制方法，从而满足LNG储罐的生产需求。本发明包括如下步骤：
步骤一：焊接过程包括在HMI界面输入每层每道焊接参数组并存储；
步骤二：通过激光扫描焊缝坡口识别焊缝中心，使钨极对准焊缝中心；
步骤三：调用焊接工艺参数，摆动器与焊接电流脉冲配合，开始搅拌送丝，调整焊接弧压高度，控制焊丝预热温度，激光实时扫描坡口校准焊缝中心位置完成焊接。
作为本发明的技术方案，所述激光扫描焊接坡口信息控制方法，采用高精度激光测距传感器在工件的坡口上方垂直于工件扫描焊缝坡口，获取传感器摆动位移和距工件距离的数据二维曲线并进行数据预处理，从而获得坡口的信息。焊缝跟踪过程需保证焊枪时刻对准坡口的中心。
作为本发明的技术方案，所述热丝电流通过送丝速度反馈回一个参考电压值控制热丝电流给定值。
作为本发明的技术方案，所述采用弧长自动调整装置，弧长调节器的调节方法是:如果检测到的真实弧压值与设定的弧压值之间差值的绝对值大于弧压精度设定值需要调节;一旦弧压误差小于精度设定值,则不作调节。
作为本发明的技术方案，所述钨极摆动过程中焊机给脉冲基值电流，钨极端点停留时焊机给脉冲峰值电流，实现钨极摆动控制***和钨极氩弧脉冲电流同频、同相、同脉宽的控制方式。
作为本发明技术方案，所述送丝时采取相对焊接方向采用后方***焊丝的方式的高频振动自动送丝，能大大提高熔敷率。焊接结束后，需要对焊丝抽丝。
作为本发明的技术方案，所述具有焊丝实际送丝速度检测装置，检测到的送丝速度与给定送丝速度比较对送丝速度进行补偿，使送丝速度稳定。
本发明的焊接及控制方法的优点有：
目前市场上使用的送丝机不带有送丝速度的检测装置，在焊接过程中送丝不稳定直接影响着焊接质量，本焊接***采用控制器输出PWM脉冲控制送丝电机运动，焊丝带动旋转编码器对实际的送丝实际速度，通过与给定送丝速度的比较调节送丝电机输出，使送丝速度稳定。
本发明的焊接过程中由于工件的热变形及安装过程中存在误差，设计了激光实时扫描焊接坡口信息控制方式。高精度激光测距传感器焊接过程中不断摆动扫描焊缝坡口，从而获得坡口的信息。可实现焊枪时刻对准坡口的中心。从而实现了不需人工对准焊缝的自动化控制。
本发明的焊接方法可实现TIG焊接过程脉冲电流控制、动态送丝频率控制、送丝速度补偿及热丝电流的控制，从而在焊接过程中实现焊件控制热输入和熔池尺寸，电弧能量集中且挺度高，焊接试件变形小，精确地控制热输入和熔池尺寸，而且可以得到均匀的熔深，而且动态热丝对熔池金属具有强有力的搅拌作用，可以使一些杂质析出，大大提高了焊接质量和焊接速度。
附图说明
图1为本发明的激光传感器扫描运动示意图。
其中，1、激光测距传感器，2、待焊工件左侧，3、待焊工件右侧，4、焊接坡口左端边缘位置，5、焊接坡口右端边缘位置，6、左右摆动
图2为本发明扫描数据坐标系建立示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示LNG储罐TIPTIG全自动焊接及控制方法，其包括以下步骤：
步骤一：焊接过程包括在HMI界面输入每层每道焊接参数组并存储；
步骤二：通过激光识别焊缝获取焊缝中心位置，校准钨极对中。如图1所示，激光测距传感器1通过直线滑台向右摆动，在垂直于焊件的上方扫描，传感器可测出距离工件的实际距离；实时测得传感器距工件的距离；当传感器1从工件2处表面上方自左向右扫描过坡口4点，再继续扫描坡口经过5点到达工件3处表面上，通过采集传感器1测量距离的数据与传感器1向右摆动的距离数据在这段期间建立直角坐标系，如图2所示。设定传感器1在工件2表面上扫描起始点为建立的坐标系原点O，垂直于焊接工件传感器1摆动方向为x轴，与传感器1摆动方向垂直对准待焊工件的为y轴；对采集得到导的数据进行处理和分析，可以得到坡口在x轴的起始偏移和中心偏移、工件根部间隙宽度、焊接坡口左端4到右端5之间的坡口宽度等信息。
步骤三：调用焊接工艺参数，摆动器与焊接电流脉冲配合，开始搅拌送丝，调整焊接弧压高度，控制焊丝预热温度，激光实时扫描坡口校准焊缝中心位置完成焊接。
焊接程序参数设定及焊接工艺流程
预送气时间(s) 3s 焊接电源启动延时(s) 1s 焊接小车行走延时(s) 2s
送丝开始延时(s) 1s 电流引弧时间(s) 2s 电流上升时间(s) 2s
焊丝回抽时间(s) 2s 焊接结束钨极抬起高度(mm) 5mm 焊接电流下降时间(s) 4s
焊接电流维持时间(s) 2s 送丝停止延时时间(s) 1s 焊机停止延时时间(s) 2s
焊接小车停止延时时间(s) 2s 气体滞后延时时间(s) 8s 偏差电压设定(V) 0.3V
焊枪钨极焊缝对中校准后，根据焊接工艺调取焊接工艺参数配方，焊接开始前提前送气约3s，去除管内残余空气，保护气体为纯度99.99%的氩气，在焊缝背面需要有保护气体，气体流量为10-22L/Min。焊接电源启动后延时1s，开始引弧，电流引弧延时2s，判断引弧是否成功，引弧电流成功焊接小车行走运动延时2s后，高频搅拌送丝开始，送丝时采取相对焊接方向采用后方***焊丝的方式。摆动器开始摆动，钨极摆动过程中焊机给脉冲基值电流，钨极端点停留时焊机给脉冲峰值电流，实现钨极摆动控制***和钨极氩弧脉冲电流相匹配的同频、同相、同脉宽的控制方式。弧长自动调整装置对焊枪高度调节，控制精度为0.3V。热丝电流通过送丝速度反馈回一个参考电压值控制热丝电流给定值。焊丝实际送丝速度检测装置，检测到的送丝速度与给定送丝速度比较对送丝速度进行补偿，使送丝速度稳定。焊接线能量控制在45Kj/cm一下，一般常用7-35Kj/cm。焊接停止，延时1s停止送丝并回抽焊丝2s，焊机延时2s停止，焊接小车延时2后停止运行，摆动器摆动回中心位置，焊枪自动抬起5mm，保护气体滞后8s后焊接结束。

Claims (7)

1.LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征在于：控制方法的配合使用可实现全自动焊接，包括HMI界面输入参数、激光扫描焊接坡口、弧长自动调整、模拟量电压信号控制热丝电源电流输出、PWM脉冲控制送丝电机、钨极摆动控制。
2.根据权利要求1所述的LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征于：
所述HMI界面输入参数有焊接速度设定、焊接电压设定、峰值电流设定、基值电流设定、送丝速度设定、左右摆动时间设定、左右摆动幅值设定、左右端点停留时间设定。
3.根据权利要求1所述的LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征在于：所述激光扫描焊接坡口信息控制方法，采用高精度激光测距传感器在工件的坡口上方垂直于工件扫描焊缝坡口，获取传感器摆动位移和距工件距离的数据二维曲线并进行数据预处理，从而获得坡口的信息，使焊缝跟踪过程保证焊枪对准坡口的中心。
4.根据权利要求1所述的LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征在于：所述弧长自动调整采用弧长自动调整装置，弧长调节器的调节方法是:如果检测到的真实弧压值与设定的弧压值之间差值的绝对值大于弧压精度设定值需要调节;一旦弧压误差小于精度设定值,则不作调节。
5.根据权利要求1所述的LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征于：所述模拟量电压信号由控制器模拟量模块输出以控制热丝电源电流的输出，热丝电流输出通过送丝检测电路反馈给控制器实际的送丝速度，控制器根据送丝速度与热丝电流的关系调整热丝电流值。
6.根据权利要求1所述的LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征于：所述PWM脉冲由控制器输出以控制送丝电机运动，焊丝带动旋转编码器对实际的送丝实际速度，通过与给定送丝速度的比较调节送丝电机输出，使送丝速度稳定。
7.根据权利要求1所述的LNG储罐TIPTIG全自动立缝焊接控制方法，其特征于：所述钨极摆动控制，在钨极摆动过程中焊机给脉冲基值电流，钨极端点停留时，焊机给脉冲峰值电流，实现钨极摆动控制***和钨极氩弧脉冲电流同频、同相、同脉宽的控制方式。
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