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铜包铝线坯高速TIG焊工艺与焊缝跟踪及熔宽控制

李云峰  
【摘要】: 铜包铝线缆制造过程中,焊接质量是影响成材率的主要因素。由于线坯所用的铜带厚度很薄,焊接速度又很高,进行焊接质量的实时传感与控制十分困难,相关的研究也很少。本文在分析了铜包铝线坯高速TIG焊接生产工艺、钨极偏离焊缝和熔宽变化对焊接接头微观组织和力学性能影响的基础上,确定在该工艺条件下焊缝跟踪系统所应达到的焊缝实时传感及自动跟踪控制精度和熔宽实时传感及自动控制的精度。同时,对铜包铝线坯高速TIG焊接焊缝视觉传感及自动跟踪、熔宽视觉传感与自动控制方面进行了深入研究。 研究结果表明:焊接电流在180A~200A范围内时熔宽变化范围为0.860 mm~1.217 mm,焊缝区组织致密、无明显的焊接缺陷。热影响区的厚度很薄,为等轴晶,与基体相比晶粒略有长大。随着焊接电流的提高焊缝区柱状晶的直径和热影响区的厚度、晶粒大小有增加的趋势;钨极偏离焊缝0.1mm、0.2mm与钨极未偏离焊缝时的焊缝组织、热影响区组织变化不大,焊缝均为较粗大单相α柱状晶,热影响区与基体比较长大不明显,仍保持等轴晶形态。钨极偏离焊缝中心距离小于0.2mm时,未发现各区组织存在明显变化,未发现焊缝区、热影响区有未熔合及未熔透等焊接缺陷。 在铜包铝线坯高速TIG焊接生产中,采用视频摄像传感器超前于钨极20 mm检测铜带对口缝可以获得清晰的对口缝图像,采用专用的设计电路对视频信号进行处理,降低了图像信息处理时间,实现焊缝自动跟踪。实验测试结果为:在焊缝偏差为0.1 mm,采集两帧数据时系统响应周期为115 ms,采集六帧数据时系统响应周期为195 ms;系统焊缝跟踪误差为:±0.13 mm。 以弧光为主动光源,经过对弧光的中性减光和采用中心波长为677 nm的窄带滤光处理,采用视频摄像传感器获得了清晰的熔池图像。为了实现快速响应,满足高速焊接生产的要求,采用特殊电路对视频信号进行处理。该处理过程耗时为纳秒级,并准确获得了熔池宽度方波信号,实现了对熔宽的实时检测及自动控制。实验测试证明:采集四帧数据时系统响应周期为80 ms,系统熔宽控制误差为:±0.14 mm。


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