本文在窄间隙GMA中，采用协调控制的方式，在形成背面焊缝的同时，得到稳定的第一层焊缝深度。焊缝自动跟踪系统由DSP芯片完成，并由个人电脑控制。焊枪不仅要横向摆动，而且还要沿焊缝方向前后移动。焊枪首先向前移动形成背面焊缝，然后重叠向后移动形成第一层焊缝。因此获得单面焊双面成形。1    简    介    在窄间隙厚板焊接中，一般采用多层焊的焊接工艺，而多层焊的焊接质量主要取决于第一层焊缝形成质量, 因此得到稳定的第一层焊缝深度至关重要。但是传统的焊接方法很难保证在得到较宽的背面焊缝同时得到稳定的焊缝深度。文中以焊接12mm钢材为例，介绍一种包括焊接电源、送丝机构、焊接机器人、焊缝跟踪系统在内的协调控制系统和一种焊枪摆动方式。利用这种控制系统和枪头摆动方式焊接来保证同时得到背面焊缝和稳定的第一层焊缝。其中的焊枪摆动方式要求焊枪不仅要横向摆动，而且还要沿焊缝方向前后移动。焊接过程由CCD 摄像头监视，以确保焊接过程中电弧处于正确的位置上，这个功能集成在焊缝自动跟踪系统中。
 2    协调控制系统    整个焊接系统由个人电脑发送同步信号控制。如图1所示。通过个人电脑发送电源特性来产生脉冲电流。个人电脑与焊接机器人控制器相连接。在送丝机构中有一个调速器，通过它调节送丝速度。而送丝速度和焊接速度则由前馈控制系统获取。横向摆动中心相对于坡口中心的偏离通过焊缝自动跟踪系统监测。而且焊缝自动跟踪系统可以随时调整其偏离度，使横向摆动中心始终位于坡口中心上。




2.1    焊枪的摆动方式    焊接母材为12mm厚钢材，开U型坡口，根部厚为2mm，焊接间隙为6mm 根部间隙为2mm，因此横向摆动宽度为2mm，摆动频率为10Hz。所用焊丝直径为1.4mm。焊枪不仅要横向摆动, 而且还要前后移动。焊枪的摆动方式如图2所示。




    首先，焊枪以69cm/min的速度向前快速移动8mm。然后速度降低到34.5 cm/min，向后重叠移动4mm。在快速向前的移动过程中，电弧作用在根缘上，电弧熔化根部，产生焊接熔池并形成背面焊缝。向后移动过程中，电弧作用在熔池上，使焊丝熔化产生的熔滴良好地过渡到熔池中，从而得到稳定的焊缝。为保证短弧焊接，焊枪的高度随位置的变化而变化。在向前移动过程中，焊枪高度低于4mm，而向后移动过程中，焊枪高度高于4mm。脉冲电流为100Hz。焊枪横向摆动与电流波形关系示于图3。焊接电流在横向摆动中心降低是为了降低电弧亮度对CCD摄像头拍摄效果的影响。




2.2    焊缝自动跟踪系统    焊缝跟踪系统主要包括CCD摄像头、DSP处理芯片、激光产生器。在焊接之前，CCD拍摄用激光缝照亮的坡口，通过DSP处理图像得到焊接间隙的大小。DSP得到的数据传送到电脑中，然后电脑根据焊接间隙大小调整送丝速度，焊接速度，焊枪前后移动行程等，进而消除焊接间隙大小变化对焊缝深度的影响。随焊接间隙变化的焊接条件由前馈控制系统调整。这个前馈控制系统如图4所示。焊枪前后移动的行程随着焊接间隙的增加而增长，因为焊接间隙增加的话，热源输入也会增加。



    CCD固定在焊枪的前端，在焊接过程中，CCD 拍摄焊接熔池和电弧的图像，监视电弧位置和熔池状态。在焊枪摆动方式中，当焊枪向前过程中移动到最前端时，如图2中A点，CCD 会摄取A点处的图像，也就是熔池前端边缘的状况，从而检测电弧位置是否出错。CCD还会在横向摆动中心摆动到坡口中心时拍摄图像，图像通过DSP芯片处理，可以看到熔池的状况和电弧的位置。处理后的图像会发送到个人电脑里保存。    横向摆动中心相对于坡口中心的偏离通过焊缝跟踪系统作实时调整。
 3    结束语    为了监视电弧长度和焊缝的高度，用CCD摄像机拍摄熔池和电弧的图像。因为第一层焊缝的可湿性很好，所以很容易施行第二层焊接。而通过控制焊接电流的脉冲宽度和焊接速度来保证电弧长度和焊缝高度，最终获得高质量的焊接。