[发明专利]焊缝间隙变化检测方法、焊接方法以及焊接装置

说明书

技术领域

本发明涉及焊接工艺领域，具体而言，涉及一种焊缝间隙变化检测方法、焊接方法以及焊接装置。

背景技术

等离子束焊接是一种常见的高能束焊接方法，相比于传统的TIG焊接，具有焊接速度快，熔透能力强等特点。然而，等离子电弧作为一种能量高度集中的热源，其对待焊工件的组对间隙有较高的要求。在工件组对间隙不均匀或突然变化的情况下，易导致焊缝成型不良、焊漏等缺陷，这也是限制该技术在实际焊接生产中进一步应用的主要原因之一。因此在焊接之间对焊焊缝间隙变化进行预采集，真实便捷的获取由于坡口加工精度、组对精度等因素造成的焊缝间隙不均性的量化指标，并以此指导焊接工艺的制定和反馈调节就显得十分重要。

现在有的技术中，焊缝跟踪技术可以通过对焊缝及坡口信息的采集和分析实现对焊缝间隙变化的检测。目前焊缝跟踪技术可分为三类，分别为接触式、直接电弧式和非接触式，其原理和特点如下：

1、采用接触式传感器的焊缝跟踪技术：接触式传感器一般设置在焊枪前方，采用导杆或导轮工件与焊缝间隙的一个侧壁接触，通过导杆或导轮将侧壁位置的变化通过滑动变阻器、力觉传感等方式转换为电信号，以控制焊接系统跟踪焊缝，其特点为抗干扰能力强，但其精度较差。

2、采用直接电弧式传感器的焊缝跟踪技术：焊接电极与被焊工件之间的距离变化会引起电弧电流（GMAW）或电弧电压（GTAW）的变化，直接电弧式传感器利用了这一物理现象来检测接头坡口中心，其优点为可达性好、稳定性强、寿命长、成本低，缺点是对薄板件的对接和搭接接头很难跟踪。

3、采用非接触式传感器的焊缝跟踪技术：应用最为广泛的非接触式传感器主要为视觉传感器，视觉传感器采用单元感光元器件，获取焊缝及其周边的图像信息，并通过计算机对图像进行运算处理，从而实现对焊缝的视觉跟踪。其优点在于检测精度好，适应范围广，其缺点在于易受弧光、电弧热、飞溅、烟雾等因素的干扰。

此外，在应用非接触式传感器的焊缝跟踪技术中还有一种超声波传感的方法，该方法采用主动超声换能器向工件发出超声波并检测其反射声波，通过检测超声波声程的变化实现对焊缝坡口中心的跟踪，该方法具有原理简单，成本低廉的特点，由于其精度较差且存在盲区等缺点，目前应用并不是很广泛。

综上所述，现有的焊缝跟踪技术存在以下缺陷：

1、现有焊缝跟踪技术均只对焊缝坡口中心位置进行检测跟踪，缺乏对焊缝间隙变化的数据采集和分析反馈；

2、视觉传感焊缝跟踪技术抗干扰能力低，设备价格高昂。

发明内容

本发明旨在提供一种焊缝间隙变化检测方法、焊接方法以及焊接装置，抗干扰性较强，可以提高焊缝间隙变化的检测精度。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种焊缝间隙变化检测方法，包括以下步骤：采集气流经过焊缝间隙产生的音频信号；以及对比所述音频信号与对标信号，获取焊缝间隙变化信息；其中，所述音频信号是指由于所述气流经过所述焊缝间隙引起的振动频率高低变化所形成的信号。

进一步地，所述采集气流经过焊缝间隙产生的音频信号的步骤包括：控制所述气流沿所述焊缝间隙的延伸方向运动；采集所述气流在运动过程中产生的所述音频信号；以及将所述音频信号处理为电信号。

进一步地，通过声音传感器采集所述气流在运动过程中产生的所述音频信号。

进一步地，所述将所述音频信号处理为电信号的步骤包括：对所述音频信号进行放大；对所述音频信号进行滤波；检测所述音频信号的峰值；以及对所述音频信号进行整形输出，形成所述电信号。

进一步地，所述对比所述音频信号与对标信号，获取焊缝间隙变化信息的步骤包括：获取所述对标信号；将所述音频信号与获取的所述对标信号进行对比；以及根据对比结果得到焊缝间隙变化信息。

进一步地，所述获取所述对标信号的步骤包括：从对标数据库中获取所述对标信号；其中，所述对标数据库是指预先对多个板厚和焊接坡口形式进行采集所建立的均匀焊缝间隙下的特征音频信号集。

进一步地，所述根据对比结果得到焊缝间隙变化信息包括：所述音频信号的电平信号低于所述对标信号的电平信号；得到所述焊缝间隙的宽度大于所述对标信号所对应的均匀焊缝间隙的宽度；以及所述音频信号的电平信号高于所述对标信号的电平信号；得到所述焊缝间隙的宽度小于所述对标信号所对应的均匀焊缝间隙的宽度。