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高壓水環境旋轉電弧焊接特性及其焊縫傳感跟蹤研究

隨著能源開發、船舶建造與維修、水上救助等許多海洋活動的展開,海洋鋼結構大量涌現。水下焊接技術作為水下工程建設與維護必不可少的關鍵技術,急待提高與發展。旋轉電弧傳感器具有焊縫檢測與焊接同時實現的優點,因此研究在高壓水環境下采用旋轉電弧進行焊縫跟蹤,實現高壓水環境焊接自動化具有現實的意義。目前國內外還未見這方面的研究報道。本文采用高壓艙模擬深水水下環境,采用旋轉電弧作為傳感進行焊縫偏差檢測與跟蹤,實現高壓水環境水下自動焊接。研究內容主要包括:高壓下旋轉電弧行為及仿真研究,高壓水環境旋轉電弧傳感信息的電流信息預處理方法,高壓水環境旋轉電弧傳感的數學模型,高壓水環境旋轉電弧焊接短路過渡模型及旋轉電弧參數優化,高壓水環境下采用旋轉電弧進行焊縫跟蹤。研究了高壓旋轉電弧傳感焊接的電弧特征,對高壓旋轉電弧進行了模擬仿真計算。模擬得出的0.1MPa下的溫度場與大多數文獻模擬和拍攝的電弧外形是一致的,同時整個電弧由于旋轉加速度的影響而偏向旋轉中心軸線外側。仿真結果表明隨著氣壓由0.1MPa升高到1MPa,電弧溫度也升高,符合隨環境壓力增加,電弧亮度增加的規律。隨著壓力升高,在施加同等電壓的情況下,電流密度也增大。研究了高壓濕法旋轉電弧焊接的電弧穩定性,對高壓干法和濕法的電弧穩定性做了一個比較,對濕法焊接電弧穩定性差的原因做了分析。同時對影響高壓水下旋轉電弧焊接穩定性的因素進行了分析。這些因素包括水深,保護氣流量,電壓大小等。為了消除在高壓水環境下旋轉電弧傳感的噪聲,采用了基于平面組合濾波的方法,仿真和實驗表明在采用同等的組合濾波方法時,其效果比基于一維濾波效果更加好。研究了高壓水下旋轉電弧傳感信息的偏差識別,改進了特征諧波檢測方法,深入探討了特征諧波中焊縫偏差、焊縫傾角和初始相位、跟蹤調整的相位角的關系。仿真和實驗結果表明,在傾角和跟蹤角B同時存在的情況下,采用基于實部的特征諧波法檢測偏差比基于幅角法的特征諧波法抗干擾能力更強。研究了高壓水下旋轉電弧焊接短路過渡模型及旋轉電弧參數優化,對高壓水下旋轉電弧焊接熔滴和短路過渡狀態的液橋所受到的力進行了總結分析,建立了高壓水環境下旋轉電弧傳感焊接短路過程仿真模型。通過分析仿真結果,并與試驗結果相對照,對高壓水下旋轉電弧焊接的旋轉頻率和旋轉半徑作了優化。對旋轉電弧焊縫跟蹤方法進行了總結,最后采用模糊滑?？刂破鲗崿F了高壓水下旋轉電弧焊縫跟蹤。

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