[发明专利]一种ERW管焊缝开口角柔性化闭环控制的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及ERW管焊接领域，特别涉及一种ERW管焊缝开口角柔性化闭环控制的实验装置。

背景技术

目前，ERW(Electric Rerisdance Welding)管焊一般经过粗成型和精成型后，直接加高频电流进行焊接，对焊缝处开口角控制的研究还比较少。开口角是研究ERW管焊接的一个重要工艺参数，较大的开口角会降低加热效率，使所需的加热时间变长；但是过小的开口角会聚集高密度的涡流，形成电弧效应，易产生强烈的电火花。目前对开口角的研究只能选择几个特殊角，如3°、4.5°、6°进行实验分析比较。开口角的形状也会影响焊管的质量，通常开口角形状都是呈V型。在实际焊管车间里，由于冷却液产生的雾气，焊接区域的高温以及轧辊和管坯相对位置的限制等综合因素的影响，不能直观的获得开口角的形状。管坯的屈服点和抗拉强度很高，当管壁较厚时，材料的回弹力很大，因此也不能保证生产时达到预期的开口角大小与形状。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种ERW管焊缝开口角柔性化闭环控制的实验装置。

本发明所采用的技术方案是：一种ERW管焊缝开口角柔性化闭环控制的实验装置，包括高频发生器及其输出装置、小型轧辊单元及其执行机构、固定在地面上的工作台，所述高频发生器及其输出装置两端通过电路与两个电极触头连接，所述两个电极触头以焊缝为中心线对称固定在位于工作台上表面的管坯上，高频电流通过两个电极触头与管坯形成回路；所述小型轧辊单元包括其外形尺寸按比例递减排列的5对小型轧辊，所述5对小型轧辊沿管坯焊接方向依次与焊缝中心线两侧的管坯表面接触，靠近焊接点的一对小型轧辊外形尺寸最小，5对小型轧辊可沿管坯轴向和径向移动，每个小型轧辊下的基座中均安装有压力传感器；所述工作台一侧分别放置固定在地面上的支撑架和电脑桌，所述支撑架上安装有可上下左右转动的CCD摄像机，所述电脑桌上放置计算机，所述CCD摄像机通过信号线A与计算机端口Ⅰ相连，所述压力传感器通过信号线B与计算机端口Ⅱ相连，所述CCD摄像机、计算机、压力传感器组成闭环系统；所述CCD摄像机用于焊接过程中实时拍摄开口角图像，所述压力传感器用于实时监测焊接过程中各小型轧辊挤压管坯所产生的挤压力，所述计算机用于识别对比预期的开口角图像特征与拍摄的开口角图像特征，若两者的图像特征不一致，计算机对两者的图像特征进行偏差计算，而后控制小型轧辊单元执行机构改变每两对小型轧辊之间的轴向距离或每一对小型轧辊之间的径向距离以改变挤压力的大小，控制每对小型轧辊的压下量，使拍摄的开口角图像特征与预期的开口角图像逐渐一致。

作为优选，所述5对小型轧辊的外形尺寸按比例1.4:1.2:1:0.8:0.6递减排列。

工作时，由于高频电流的集肤效应和邻近效应，使管坯在待焊处的表层金属得以快速加热。改变每两对小型轧辊之间的轴向距离和每一对小型轧辊之间的径向距离，从而可以得到任意大小和任意形状的开口角。由于焊接时各轧辊挤压管坯产生的挤压力的大小不同，采用5对外形尺寸按比例递减排列的小型轧辊沿管坯焊接方向依次分布于焊缝中心线两侧，在靠近焊接点处使用最小的一对小型轧辊有利于控制该点施加的压下量，提高焊缝质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、对不同大小和不同形状的开口角进行实验分析，可以得出最优焊接条件，使焊接缺陷最小化，提高焊管质量。

2、通过CCD摄像机，计算机，压力传感器组成的闭环系统，实时监测开口角大小和形状，并与计算机上设定的预期开口角图像对比，保证了开口角大小和形状的精确性。

附图说明

图1是本发明闭环控制结构图。

图2是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，计算机上设定的预期开口角图像与CCD摄像机拍摄的开口角图像，在计算机上识别对比图像特征，计算机控制小型轧辊执行机构，通过改变每两对小型轧辊之间的轴向距离或每一对小型轧辊之间的径向距离，来改变挤压力的大小，从而调整开口角大小和形状，小型轧辊上的压力传感器监测到的挤压力反馈到计算机上，焊接过程中开口角形成后，CCD摄像机拍摄到的图像也将反馈到计算机上。