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1、湘潭大学硕士学位论文 I摘 要 焊接过程自动化是提高焊接产品质量和生产效率的关键，而焊缝自动跟踪是焊接自动化的重要环节，因此，研制性能优良、经济实用的焊缝跟踪系统是一个急待解决的问题。本文主要研究摆动电弧传感式埋弧焊焊缝自动跟踪技术，首先对焊接自动化和焊缝自动跟踪技术的国内、国际动态作了简要介绍，然后重点研究了以下几个关键问题。 针对埋弧焊变速送丝弧压反馈调节系统的特点， 利用 MATLAB 软件对其动态过程进行了研究，分别建立了 V 型坡口扫描单元的仿真模型、焊接电源单元的仿真模型、焊接电弧单元的仿真模型，并在此基础上形成了系统的整体仿真模型，系统全面研究了坡口形状、焊接电源和熔滴过渡形式对
2、输出焊接电流的影响机理；分析了电弧传感器的主要参数对焊缝偏差信息、焊接工艺参数的影响规律；探讨了常见干扰因素的影响，为建立摆动电弧传感器埋弧焊焊缝自动跟踪系统提供理论依据。 完成了电弧信号采集系统的研制，获得了埋弧焊焊接过程中的实际焊接电弧信号波形，并根据原始电弧信号波形，确定了以有源二阶带通滤波器为核心的硬件信号处理方案；软件滤波处理采用最大数平均值替代法。 介绍了传统的电流（电压）检偏法的工作原理，并在此基础上提出了一种新的埋弧焊焊缝横向位置偏差提取算法电流-电压双控检测法，利用该算法可提取出较为准确、可靠的横向位置偏差量。 最后，在以上设计基础上完成整个系统的联调，实现了焊缝自动跟踪，并
3、对焊缝自动跟踪实验结果进行分析和评价。 关键词：埋弧焊；焊缝跟踪；仿真；滤波；电流-电压双控检测法。 湘潭大学硕士学位论文 IIABSTRACT The welding process automation is the key to improve the welding products quality and the production efficiency, and the auto weld tracking is an important link of the automatic welding. So, developing a seam tracking system, w
4、hich have good performance and is economical and practical is an urgent problem to be solved. The main research of this text is the auto seam tracking technology of arc-sensor swinging type submerged arc welding, at first, a brief introduction of domestic and international trends of the welding auto
5、mation and the auto seam tracking technology is made, then mainly discussed several key problems as follows. According to the characteristic of welding rod sending at changing speed regulating system in the submerged-arc welding, take use of the MATLAB software to proceed with the research of its dy
6、namic process, have established the simulating model of the scanning unit in V-typed slope, the simulating model of the welding power unit, the simulating model of the welding arc unit, and on this basis has formed the simulating model of the whole system, the system has researched the influencing m
7、echanism of the slope form、welding power and the molten drop transition type to the output welding current in an all-round way; have analyzed the influencing law of the main parameters of the arc sensor to the deviation information of the seam and the welding craft parameters; discussed the influenc
8、e of the familiar interfering factors, which offer theoretical foundation for the establishment of the auto seam tracking system of arc-sensor swinging type submerged arc welding. Developed the arc signal sampling system, obtained the actual welding arc signal wave form during the submerged-arc weld
9、ing process. According to the primitive arc signal wave form, determined the hardware signal processing method which takes a source having second rank Band Pass Filter as the core; the software filter takes use of the average value substitute the maximum. Introduced the principle of the traditional
10、current (voltage) deviation examining method, and on this basis has put forward a new algorithm of drawing the horizontal position deviation of submerged arc welding seam -the measuring method of both voltage and current controlling, take use of this algorithm we can get comparatively accurate and r
11、eliable horizontal position deviation amount. Finally, on the basis of above introduced design finished the adjusting of the whole system, realized the auto seam tracking, and proceeded with the analyzing and 湘潭大学硕士学位论文 IIIappraising of the results of the auto seam tracking experiments. Keywords: su
12、bmerged arc welding; seam tracking; simulation; filter; the measuring method of both voltage and current controlling. 湘潭大学湘潭大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学
13、位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 湘潭大学硕士学位论文 1第一章 引 言 1.1 课题研究指导思想 焊接作为一种材料加工方法，是现代制造技术的一个重要组成部分。在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工、建筑和电子行业中的应用
14、越来越广泛1。由于诸多因素的推动，如焊接冶金物理化学过程的复杂性等，使得实现对焊接过程的自动控制、焊接工艺制造的自动化的需求越来越迫切；另外，计算机技术、控制理论、人工智能、电子技术及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中，取得了很多成果，焊接过程自动化已成为焊接技术的生长点之一。从焊接技术发展来看，焊接自动化、机器人化以及智能化已成为趋势2。在市场竞争日益激烈的今天，依靠手工焊接已不能满足焊接质量和生产规模的要求，研究和发展焊接过程的自动化特别是具有先进技术、低成本的自动化焊接以获得比手工焊更高质量的焊缝，提高生产效率，改善劳动条件是现代焊接技术发展
15、的方向3-7。这主要表现在如下几个方面8-9： 1、 提高和保证焊接质量 手工焊一是需要大量熟练的焊接工人，二是焊接质量受焊接工人的技术能力和责任心影响较大，存在大量的影响质量的不稳定因素，如人的技能、体力、情绪、责任心等，各种焊接缺陷的发生率要高于其它方法。另外，目前包括机器人在内的自动焊接设备，并不具有真正意义上智能跟踪功能，大多停留在示教再现式的水平，这些焊接设备往往对焊接工件存在的下料加工及装配的误差，焊接过程中工件引起的热变形等都难以预料，由此造成一些工件焊后存在焊脚尺寸不对称、焊缝没对中等焊接缺陷。因此研究开发能灵活移动，具有智能化的焊缝跟踪设备，是提高焊接质量必不可少的需求。 2
16、、 改善焊接工人的劳动条件 由于焊接过程产生强烈的热、烟尘和弧光，导致现场工作环境非常恶劣，对工人的体能消耗很大，而且焊接现场的空气污染、电磁污染和强烈的弧光辐射会对工人的健康造成危害。 许多重要结构件如合金钢罐体必须在预热 100-200oC 温度下焊接，为了要焊接罐体内部焊缝，工人只好穿上全身浇湿的石棉工作服钻进封闭的罐体工作，即便如此，每位工人也只能坚持 20 多分钟，工人采用轮流工作方式完成任务，严重的影响了焊接工人的健康8。另外，随着核能工业、海洋工业以及空间技术在 21 世纪的发展，必然会要求在放射性、水下以及太空进行焊接和修补，焊接条件进一步恶劣2。采用自动化、智能化的弧焊机器人系统是将人从手工焊接的恶劣环境中解放出来的根本途径，也是人类梦寐以求的理想，更是科技发展以人为湘潭大学硕士学位论文 2本的具体体现。 3、 提高生产效率，降低焊接生产成本 手工电弧焊的生产效率低，人工成本大。据统计，工人实际焊接的时间不足其工作时间的 30%，采用自动焊接系统
