基于专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究.doc

北京化工大学硕士学位论文基于专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究姓名：孙亚玲申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：薛龙20060601【九锄，蛐，锄硒，锄丘，唱，“锄柚叩，：，北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：刹、亚竣年月日皋于专家系藐的导轨式管道焊接自器人的研究第一章绪论计算机辅助技术在焊接工程中的应用随着电子技术、信息技术和计算机技术的迅猛发展，传统的机械制造业正在经历着一场革命。焊接技术作为机械制造业中必不可少的加工工艺同样也经受着来自电子技术、信息技术和计算机技术的巨大冲击，它已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺精确的制成品的生产手段。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中，近年来，在半自动焊、专机设备以及自动焊接技术方面已取得了许多研究和应用成果，表明焊接过程自动化已成为焊接技术新的生长点之一。从世纪先进制造技术的发展要求看，焊接自动化生产已是然趋势。现代智能控制技术、数字化信息处理技术、图像处理及传感器技术、高性能芯片等现代高新技术的融八，使现代焊接技术取得了长足进步。现代焊接投术的发展水平主要体现在：焊接工艺商效化、焊接电源控制数字化、焊接质量控制智能化、焊接生产自动化，以及智能化技术和以激光焊接为代表的先进焊接技术取得的突破与发展【。图焊接过程自动控制系统焊接作为一项与新兴学科发展紧密相关的综合性先进工艺技术，其自动化技术涉及材料、机械、电子、信息、控制等多学科交义领域。其自动化生产过程包括从备料、切割、装配、焊接、检验等工序组成的一个焊接产品生产。全过程的自动化。只有实现了这一全过程的机械化和自动化才能得到稳定的焊接产品质量和均衡的生产节奏，同时获得较高的劳动生产率。与通常的过程自动控制系统相类似，焊接过程自动控制系统一般为闭环反馈系统，它可分为被控对象、检测环节、比较器及控制器、执行机构四部分，如图所示。口。焊接自动化是未来焊接技术发展的方向，而计算机在这一进程中笈挥着不可缺少的作用。计算机技术自上个蛙纪年代以来在焊接工程中逐步得到应用，国际焊接学会（）、英国焊接研究所（）、美国焊接学会（）作了很大努力从年开始就先后多次召丌了关于计算机在焊接方面应用的专门会议，推动了计算机在焊接工程中的广泛应用。我幽在年就曾开过“焊接专家系统研讨会”，此后焊接学会和焊按协会在年和年又联合召开了两次“全国计算会”，此后焊接学会和焊接协会在年和年又联合召开了两次“全国计算北京化工：学硕：学位论文机在焊接中的应用交流会”，对我国计算机在焊接工程中的应用起到了很大的促进作用。在焊接自动控制系统中，计算机既可以用在检测系统中作为传感器的数据采集和处理装置，也可阻用来作为控制器，或两者兼而有之；在生产制造中，可以作为控制器实行计算机辅助制造（）或柔性制造系统（）；在焊接设计中可以完成计算机辅助设计（）任务；在无损检测及焊缝识别上，还可以完成图像处理的任务；利用计算机而发展起来的专家系统在焊接中也得到广泛重视。焊接过程控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化以及焊接生产系统的集成化作为焊接自动化的三个主要技术领域，标志着焊接先进制造技术水平和发展方向。【我国的焊接自动化技术的发展与应用起步较晚。世纪年代初期，国家建设了一批大型现代化骨干企业，首先从研制自动焊接装备开始发展焊接自动化技术。随着科学技术的进步和我国工业化的发展，我国的焊接自动化技术水平不断发展与提高，年来已取得了很大的成就。就全国范围来说，到年代中期，我国的焊接机械化与自动化工作量占焊接工作量的比重已超过，而在以焊接技术为主导制造技术的大中型骨干企业中，焊接机械化与自动化程度已达到。在汽车、锅炉、化工机械、工程机械和重型机械等国家重点骨干企业，焊接生产机械化与自动化技术达到国际年代初的先进水平。【】焊接专家系统专家系统概述所谓专家系统（，即）是指专门设计的用以模仿某一领域专家的知识和推理方法，并能使其知识易于被他人所用的计算机软件系统。一般该系统包括三种主要环境：知识系统，开发环境和操作环境。知识系统是指包含所有专家知识，并能灵活运用的系统；开发环境包括开发专家系统所需的必要软件工具；操作环境即是与外部进行交流的软件及硬件。其中知识系统是专家系统核心所在，它由知识库、推理机和用户界面三个主要部分组成。知识库存储的是符号化表示的人类专家的经验和知识。知识可分为事实性和概念性知识两大类。前者表示领域内可观察到的事件，主要以直接表述的形式贮存；后者则较前者更为抽象，通常不可观察到只可总结得到，在知识库中是以分散的方式贮存的。知识表示有产生式、框架、语义网络等几种，其中以产生式知识表示应用最为简单也最为成熟。其形式一般为：（条件前提）（动作结论）推理机是指用它从知识库中选择相关知识，并恰当运用以解决问题的计算机程序。它根据用户给定的激励条件完成匹配前提的任务并触发规则，它是专家系统能够运转的关键所在。推理机可分为控制和推理两个部分。控制过程控制规则的触发顺序，推理过程是应用规则匹配而形成所需结论。用户界面用于专家系统与外部的交流，为人机交互提供必要的手段。它应能为用户提供以中主要途径：一是问题求解；二是获取系统知识；三是解释特定问题。用户界面有文本式、菜单式和图形式三种基本形式。知识获取模块是用户使用的维护、添加知识库的手段，它需要自然语言理解以易于用户使用。摹于专工掌碗学位堆义三三主享手基二零差暑三耋主善薹差耋薹主量砉妻专善差季耋主薯爹；薯曼蓦；目曼三三三一乏一；兰量芝至手量暑善耋；暮？薹薹萋蚕雾薹善差毒囊害雾薹萋孽墨墨妻薹孽至曩，一毒至薹差；至至薯耋至。薹专至至薹墨薹差薰茎至？季垂主薹垂誊垂；篓墓堇妻蠢萋二薹藿移动，工件接缝处不断熔化，熔池逐渐向前移动，熔池尾部液体金属的温度不断降低。当液体金属温度下降到金属的凝固温度时，便逐渐冷凝结晶而形成焊缝。因此焊缝的形状是由熔池的形状决定的。所有影响熔池形状的因素都将影响到焊缝成形】。而电弧是使工件加热、熔化形成熔池的热源，因此电弧的特性就决定了熔池的形状。另外，接头形式、空间位置、坡口形状和间隙尺寸等各种焊接工艺因素也会影响到熔池的形状。焊接方向图焊接过程中形成的熔池电弧对熔池形状的影响电弧对熔池不仅具有热作用，还存在力的作用。电弧热输入对熔池尺寸的影响电弧的热量仅有一部分输入工件，使工件受热熔化，且在其上分布是不均匀的。直流电弧对工件的热输入功率可表示为式（）北京化工大学硕士学位论文第二章常见管道焊接工艺分析在建立管道焊接机器人专家系统前，首先应定性研究焊接各种工艺参数与焊缝成形之间的关系。本章通过对焊接过程及管道焊接常用工艺的分析，得出影响焊缝成形及焊接质量的焊接参数，从而得出建立管道焊接机器人专家系统中所需考虑的重要影响参数。同时通过焊接工艺试验，得到各焊接：亡艺参数的相互关系，以建立专家系统的知识库。在此基础上可构建管道焊接机器人专家系统。焊接的本质及其分类焊接是两种相同或不同的材质，通过加热或加压或二者并用，来达到原子间结合而形成永久性连接的工艺过程。由此可见，焊接与其它连接方式不同，它不仅在宏观上建立了永久性的接头，而且在微观上也建立了组织之间的内在联系。因此，要把两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上看，就是要使这两个构件的连接表面上的原子彼此接近到金属晶格距离（）。但是，即使经过精加工的金属表面，实际也有凹凸不平之处，同时还常常带有氧化膜、水、油污等吸附层，这些都会阻碍金属表面紧密接触，因此焊接过程的实质就是通过适当的物理化学过程来克服这些困难，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离并形成结合力。按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊、钎焊三类。常用的焊接方法如图所示。【熔焊是在焊接过程中将焊件接头加热至熔化状态不加压完成焊接的方法。在加热的条件下，增强金属的原子动能，促进原子间的相互扩散，当被焊金属加热至熔化状态形成液态熔池时，原子之间可以充分扩散和紧密接触，因此冷却凝固后，即可形成牢固的焊接接头。常见的气焊、电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊等都属于熔焊。压焊是在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。这类焊接有两种形式：一是将被焊金属接触部分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊和气压焊；二是不进行加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够的压力，借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相互接近而获得牢固的挤压接头，如冷压焊、爆炸焊等。钎焊是采用比母材熔点低的第三种金属材料一钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料表面张力润湿母材，这个润湿的金属和要被结合的面产生化学反应，实现去除氧化膜、氧化皮等，同时利用毛细管的填缝作用，也就是利用表面张力的吸附作用，填充接头间隙并与母材相互扩散，形成钎焊的接头。常见的有烙铁钎焊、火焰钎焊等。基于专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究金属焊接熔焊钎焊压焊焊缝和熔池的形状一壁壁困困困困亘巫口）困】困一篓墼堡图金属焊接方法的分类熔化焊时，被焊金属（母材）和填充金属在热源作用下熔融在一起，并形成具有一定几何形状的液体金属叫熔池，冷却凝固后称为焊缝。焊缝成形的好坏是衡量焊接质量的主要指标之一。焊缝和熔池的形状及尺寸焊缝的形状通常是指熔化焊缝区横截面的形状。一般以熔深、熔宽、余高来表示。如图所示。其中熔深是对接接头焊缝最重要的尺寸，它直接影响到接头的承载能力。熔宽和余高应与熔深具有恰当的比例，因而采用焊缝成形系数咖（以，）和余高系数（妒；形）来表征焊缝的成形特点。】墨票重墨票垂一蓁一兰焉重罢皋十专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究式中为电弧加热工件的热效率；为电弧电压；为焊接电流。若用交流电进行焊接，考虑到波形的非正弦性，在上式右边再乘以系数（），此时、为有效值。电弧加热工件的热效率可用下式表示：工件热输入功率电弧热功翠一电弧热损失的总和”丽两丽矿丽丽琢一其中电弧热损失包括（）弧柱热辐射和气体对流、传导的热损失（）传入焊枪和电极（钨极）等的热损失（）加热和熔化焊条药皮或焊剂的损失（不包括渣传到给工件的那部分热量）（）飞溅造成的热损失。选定合适的值就可求出（或者用量热法直接测定），然后利用有关的热计算公式就可近似地分析熔池的尺寸。由解析法来计算连续移动点热源的熔池尺寸时，在一些假定条件下可得出公式（）；啦甸五磊一扣（）式中点到动坐标系原点（即热源作用点）的空间距离；一动坐标系中点的横坐标；导热系数；一热扩散率；一比热容：密度；一热源移动速度。根据式（）在不同的和值所计算出的熔池尺寸值中可知，熔池宽度和熔池深度近似地与成正比关系，与成反比关系。用点热源公式计算出的。力对熔池形状的影响熔池受到电弧的压力、熔池自身的重力、电磁力及表面张力等。这些力使热源作用位置发生改变，使熔池中液体金属发生流动，这些都将影响到熔池的形状尺寸。电弧的压力使熔池表面产生凹陷，热源实际作用是在凹陷处。凹陷越深，热源下移的距离越大，熔深相应增大。而这个电弧压力的大小主要与焊接电流有关。电弧力不仅使熔池表面产生凹陷，同时液态金属被排向熔池尾部，使熔池尾部的液面高出工件表面，凝固后就成为焊缝的余高。熔池金属的重力的大小正比于熔池金属的密度和熔池体积。它使熔池金属流动的方向与焊接的空间位罱有关。在平焊以外的各种空间位置焊接时，它往往是破坏熔池稳定性、使焊缝成形变坏的重要冈素。电流进入熔池时，出于斑点面积总是很小，丽熔池中的导电面积较大，因此斑点处的电流密度大、由电磁收缩力造成的压力高，其它地方的电流密度小、压力低，这样就形成了压力差，这种压力差使熔池中心处的液体会属向下流，并形成漩涡状运动。这种运动将熔池中心的高温金属热量带向熔池底部而使熔深加大。北京化上学碗学位论文熔池金属表面张力的大小取决于液体金属的成分和温度。表面张力将阻止熔池金属在其它力的作用下的流动，它对熔池金属在熔池界面上的接触角（即浸润性）的大小也有直接影响，所咀表面张力会影响到熔池表面的形状。此外，由于熔池金属各处成分和温度的不均匀，其表面张力大小也不同，从而形成了沿表面山向的表面张力梯度竺；，这种梯度促使液体余属的流动。当时，液态余，一属从熔池四周沿表面流向中心；当兰三，时，液态金属从熔池中心沿表面流向四，周，形成宽而浅的熔池。焊接工艺参数对焊缝成形的影响丰二节可知屯弧对熔池形状尺寸的影响，而电弧热输入及其分靠和电弧作用力的大小又是由具体的焊接艺参数和艺因素决定的。下而介绍的是普通电弧焊方法中各种工艺参数对焊缝成形影响的实验规律。电流、电压、焊速的影响焊接电流其它条件不变时，随着焊接电流增大，焊缝的熔深、熔宽和余高均增大，其中以熔深随电流增大最明屁，而熔宽只是略有增大。电弧电压其它条件不变时，随电弧电压增大，焊缝熔宽显著增加，而熔深和余高略有减小。这是因为随弧长增加，工件上比热流的分布半径，增大，口。减小，因此熔宽增大而熔深略有减小。当焊丝熔化量不变时，由于熔宽增人而使余高减小。由、可知，电弧焊接时，电流是决定熔深的主要因素，电压是决定熔宽的丰耍因素。通常电弧电压是根据焊接屯流确定的，即定的焊接电流应保持一定范围的弧长，以保证电弧的稳定燃烧和合理的焊缝成形。焊接速度焊速提高时，焊接线能量（彤）减小，熔宽和熔深都明显减小，余高也略“有减小。提高焊速可提高焊接生产率，但在提高焊速的同时，应相应地提高焊接电流和电弧电压，才能保证合理的焊缝尺寸。因此，焊速、焊接电流、电弧电压三者是相互联系的。三者对熔深、熔宽、余高的影响如图所示。罔焊接电流、电弧电压、焊接速度别焊缝成形的影响【叫电流种类、极性及电极直径的影响电流的种类和极性影，工件的热输入、熔滴过渡以及熔池表面氧化膜的去基于专家系统的导轨式管道焊接射器人的研究除等。焊丝直径及焊丝伸出长度影响到电弧的集中系数、电弧压力的大小，也影响到焊丝的熔化和熔滴过渡，因此都会影响到焊缝的尺寸。电流种类和极性电弧焊常用的电流种类有直流（直流征接和直流反接）、交流和脉冲电流。熔化极电弧焊时，直流反接时的熔深和熔宽都要比直流正接的大，交流电弧焊接时介于两者之间，这是因为熔化极电弧阳极（工件）析出的能量较大所致。直流正接时，焊丝为阴极，焊丝的熔化率较大，使焊缝余高较大，焊缝成形不良，熔化极电弧焊一般采用直流反接。钨极氩弧焊直流正接时熔深最大，反按时最小。这是因为此时阳极（焊件）析出的热量较大。不熔化极电弧焊一般采用直流正接。焊铝、镁及其合金有去除工件与熔池表面氧化膜的要求，一般用交流，焊薄件时也可用直流反接。采用脉冲电流焊接时，其主要工艺参数，如平均电流、电弧电压、焊速对焊缝成形的影响大体符合上述规律。但是，由于脉冲电流和脉冲电压比平均值为高，因而在同样的焊接电流和电弧电压平均值条件下，可以获得更大的焊缝熔深和熔宽。焊丝直径和伸出长度同样电流下，随焊丝直径减小，熔深增大，熔宽减小。但在电流密度极高时，上述关系不复存在。焊丝伸出长度加大时，焊丝电阻热增加，熔化量增多，使焊缝余高增大。焊丝材质电阻率越高，直径越细，伸出长度越大时，这种影响越明显。保护气体及熔滴过渡形式的影响气体保护焊时，保护气体的成分以及与此密切相关的熔滴过渡形式对焊缝成形有明显的影响。大电流气体保护焊时，熔滴过渡形式一般为细颗粒过渡。此时弧柱在气氛中将发生强烈的热收缩，电弧能量密度很高，因此在熔池中部出现很深的凹坑，熔池底部加热充分，得到的焊缝熔深较大且底部呈圆弧状。细丝小电流气体保护焊时，一般为短路过渡形式，焊缝形状类似于大电流气体保护焊的情况，只是熔深要浅得多。大电流纯氩气保护焊接时，熔滴过渡形式为射流过渡。此时强大的等离子流力和高速熔滴的冲击力在熔池中部产生很大的挖掘作用，将熔池中部的液体金属排向两边和后侧，使得电弧直接加热熔池底部的金属，于是在熔池中部形成了指状熔深。这种焊缝在其根部易于形成气孔、未熔透等缺陷。当在氩中加入少量、。时，可使这种指状熔深得到改善。纯氦气保护焊时，由于氦气的密度小和导热性好，因此电弧温度高且能量分布均匀，所得到的焊缝呈深而宽的盆状熔深，类似于焊的特点。其它工艺因素的影响焊接过程中的其它工艺因素，如坡口尺寸、间隙大小、电极倾角、工件的斜度、接头的空间位置等对焊缝成形有影响。对接接头焊接时，可根据板厚采取不留间隙、留间隙、开形坡口、开形坡口。开坡口是为了保证电弧能深入焊缝根部，使根部能焊透，以及便于清除焊渣获得较好的焊缝成形。钝边是为了防止烧穿，但钝边的尺寸要保证第一层焊缝能焊透，间隙也是为了保证根部焊透。当其它条件不变时，坡口或问隙的尺寸增大，则焊缝熔深略有增加，而余高和熔合比显著减小。电极（焊丝）倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热的作用就不同，北京化大学硕学位论文从而对焊缝成形的影响各异。前倾焊时，电弧力后排熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，熔深减小，而由于电弧对熔池前方的母材的预热作用加强，所以熔宽增大。焊丝倾角越大，这一作用越明显。后倾焊时，情况相反。焊接倾斜的工件时，由上坡焊和下坡焊两种情况。上坡焊时，液体金属的重力有助于熔池金属排向熔池尾部，因而熔深、余高增加，熔宽减小。若斜角。时，则焊缝余高过大，两侧出现咬边，成形明显恶化。下坡焊的情况与上坡焊的情况相反。当斜角。时，焊缝的熔深和余高均减小，而熔宽略有增加，焊缝成形得到改善。继续增大角，将会产生未焊透、焊瘤等缺陷。当熔深不超过板厚的倍时，板厚与工件散热条件对熔深的影响很小，但工件的散热条件对熔宽及余高有明显的影响。当熔深超出板厚的倍时，焊缝根部出现热饱和现象而使熔深增大。总之，影响焊缝成形的因素很多，要获得良好的焊缝成形，就要根据工件的材料和厚度、接头的形式和焊缝的空间位置，以及工作条件对接头性能的焊缝的尺寸要求等，选择合适的工艺参数。气体保护焊气体保护焊是利用作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法简称焊。其示意如图。图气体保护焊示意【】气体保护焊的特点（）抗锈能力强，焊接成本低。气体来源广、价格低，而且消耗的焊接电能少，所以焊的成本低，仅为埋弧自动焊的，焊条电弧焊的。（）气体保护效果良好。气在和气压时，它的密度为，为空气的倍，能将焊接区域有效地保护起来。此外，气体受热分解后，体积增大了倍，有利于排除电弧周围的空气，起到良好的保护作用。（）焊接质量高。焊对铁锈的敏感性不大，因此焊缝中不易产生气孔。而且焊缝含氢量低，抗裂性能好。（）生产效率高。气体保护下的电弧热量集中，穿透力强，焊缝熔深大。厚板焊接时可以减少焊接层数，角焊缝时的焊脚尺寸可以相应减小。相同的焊丝寅基于专家系统的导轨式管道焊接帆器人的研究径，保护焊较埋弧焊可采用高得多的电流密度，所以焊丝的熔化系数大，可采用高速焊接。焊接时无焊渣产生，在多层焊时可以不必层间清渣。此外，由于电弧热量集中，熔池体积小，热影响区窄，从而减少了较薄：件的焊后变形。（）操作性能好。因是明弧焊，可以看清电弧和熔池情况，便于掌握与调整，也有利于实现焊接过程的机械化和自动化。（）适用范围广。焊可进行各种位置的焊接，不仅适用焊接薄板，还常用于中、厚板的焊接，而且也用于磨损零件的修补堆焊。气体保护电弧焊也存在一些缺点：使用大电流焊接时，焊缝表面成形较差，飞溅较多；不能焊接容易氧化的有色金属材料；抗风能力差，给室外作业带来一定困难；弧光较强，特别是大电流焊接时，电弧的光、热辐射强，焊接时必须注意劳动保护。气体保护焊的工艺参数及对焊缝的影晌在焊中，对于一定直径的焊丝，为了获得稳定的焊接过程，熔滴过渡形式常采用短路过渡和细颗粒过渡两种形式。目前在我国应用最为广泛的是短路过渡形式焊接。短路过渡形式的焊，常采用细焊丝、低电弧电压、小焊接电流，这样可使电弧加热范围小，熔池体积小，再加上短路过渡时电弧时而燃烧、时而熄灭、交替加热的特点，所以特别适合于焊接薄板及全位置焊缝的焊接。短路过渡焊接时的主要工艺参数有：电弧电压、焊接电流、焊接回路电感、焊接速度、气体流量以及焊丝伸出长度等。生产实践表明，焊接工艺参数的选择正确与否会直接影响焊接过程的稳定性。（）电弧电压及焊接电流。电弧电压的大小决定了电弧的长短和熔滴的过渡形式，对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷以及焊缝的力学性能有很大的影响。要实现短路过渡，就必须保持较短的电弧长度，所以就焊接工艺参数面言，短路过渡焊的一个重要特征是低电压。在一定的焊丝直径及焊接电流下，电弧电压过低，则电弧引燃困难，焊接过程不稳定；电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，焊接过程也不稳定。只有电弧电压与焊接电流匹配合适时，才能获得稳定的焊接过程，且飞溅小、焊缝成形好。焊接电流与电弧电压的最佳匹配关系示于图。电弧电压的高低是由焊接电源调节的。，毒船，扣。且，首且，曲众历笏蕊蕊獭惑蕊蕊蕊图焊飞溅与焊接电流和熔滴过渡的关系（焊丝为）北京化工人学硕学位论文：一一觅冱骞余高熔、芝电弧电压，匦电弧电压与焊缝成形的关系图电弧电压与气孔的关系叫（。，巾，）【】枷电弧电压是决定焊缝熔宽的最主要的因素。电弧电压越高，电弧笼罩范围也越大，于是熔宽增加，而熔深、余高却减小，如图所示。电弧电压也反映了弧长的大小。电弧电压越高，弧长也越大，则焊枪喷嘴到焊件的距离也越大，气体保护效果也变差，如图所示，当电弧电压过高时，易生成气孔。由图可以看出，焊接电流与送丝速度成正比，即送丝速度越快电流就越大，反之亦然。焊时电流的大小是由送丝速度来调节的。焊接电流对焊丝和焊件的熔化影响最大，也是影响熔深的主要因素。电流对焊丝熔化速度的影响示于图。图中表明随着焊接电流的增加，焊丝熔化速度也增大。通常随着焊接电流的增加，电弧电压也相应增加一些。所以随着电流的增加，焊缝熔宽和余高略有增大，而熔深增加最明显，如图所示。埘矿咛，。帕舯一，二一一，一暑；：一矗弓一？，嬲，么么，扬，矿，图。焊丝在焊时的熔化特性【】图焊丝熔化速度与焊接电流的关系【基十专凉系统的导轨式管道焊接机器人的研究第三章焊接工艺试验在上述章节对焊接理论分析、以及焊接艺参数与焊缝成形之间定性研究的基础上，需要进行大量焊接试验工作，确保焊接专家系统数据库建立。在进行大量焊接工艺试验过程中，为了获得对实际焊接工艺具有指导意义的实验结果，本章分采用管道焊接常用的焊、焊进行了焊接：艺试验。另外，还做了一元化焊、脉冲焊的管道试验。具体试验过程如下所述。焊试验为了得到管道焊接中的一些典型位置的焊接工艺参数，采用如图所示的平板模拟管道的方法来进行焊接试验，按照如图所示的方向进行焊接试验。本节介绍的是焊。采用合理的坡口形式，正确选择焊接方法、焊接材料和合理的焊接参数，对于八个位置试板，均获得单面焊双面成形的良好效果。，、（？一仁、，孑，上一、，、。一粜一一冉一一半一“”；。又二夕，笔一、二三亡二”电极采用击的铈钨极，焊丝采用的，母材采用钢板，尺寸。其化学成分及力学性能分别见表和表所示。表钢板化学成分（）：。，表钢板力学性能抗拉强度（）强服强度【）延伸率冲击功（】）横向）设计焊接坡口坡的形式和尺寸主要根据焊接方法和板材的厚度来选择和设计，同时应考虑以下原则州：燕于专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究氧化。采用三个定位焊点把两块钢板定位。图为试板装配示意图，两块钢板定位焊后放在专用焊接变位工装上，调节位置使钨极尖端正对焊缝中心，确保对中。用压板把试板压住，一是防止焊接时试板从工装上掉落，二是防止焊接变形。试板焊接位置试板焊接位置见图。为了模拟管道全位置焊接，平板分别位于圈所示个位置上焊接：一六点，度仰焊；一四点半，度仰焊上向；一三点，度上向；一。点半，度平焊上向；位置一十二点度平焊；十点半，度平焊下向：一九点，度下向：一七点半，度仰焊下向。在常压条件下采用合理的坡口形式，正确地选择焊接方法、焊接材料和合理的焊接参数，对于八个位置试板进行了焊接试验，以此来模拟管道全位置焊接。经过多次试验，在不同位置分别得到了一组焊接参数，均得到单面焊双面成形的良好效果，分别列于下节中。焊接工艺参数利用以下试验条件做了具体的试验，具体试验时间及所焊位置见表。试验压力：母材：形坡口钨极：由铈钨极焊丝：。，由焊机：时代焊机，直流正接频率表焊接试验时间及所焊位置焊接位置。平仰焊。仰焊。平焊。焊向上上行。仰焊。向上上行行向下向下实验时间组对间隙也也以，也以经反复试验得到一组数据，在八个典型位置的焊缝成形都很好。按焊接方向排出各焊接位置的参数变化如图图所示。一弋卜二：二二。一一一釜三；三；篷烨址拍描加旺：售）型簧颦窭北京化大学砸士学位论义孔三冬涟兰冀；！鍪篓蓁冀羹雾！囊蓁羹一羲鬻震墓一。雾。；茹量璧。蟊萋引圳恩色币主囊螽霹霎萋薹箱锃謦器薹善丢器鐾夏二。；瑶弩羞溺萋；口目黼嘛船）焊，其基专家系统的导轨式管道焊接机器人的硎。究目越馨唇照焊接位置图摆动幅度变化图焊接位置图摆动速度变化图焊接位簧图送丝速度变化图谜鬻荐糕型嘲剥毅北京化工人学硕士学位论文焊接位置图保护气体流量变化图由图图所示的不同焊接参数在调节的过程中是相互关联的，因而不能单一地去分析某个参数的变化规律。在焊接过程中，要控制电流的大小，因为采用脉冲电流，既要保证背面熔透，又要防止烧穿。、位置焊接时，熔化的铁水位于钨极的前方并向下流淌，此时峰值电流应比平焊时的峰值稍大，以利电弧吹开铁水去熔化其下的钝边部分母材，电压适中。、位置的焊接属于仰焊，由于重力作用，在焊透基础上应减小电流以防止焊缝金属向下陷，造成焊缝不均匀；送丝速度应比平、立焊时小些，电压应低一些，以利熔滴过渡。、位置焊接时，熔化的铁水向下流淌位于钨极后方，钝边直接暴露在电弧之下，为防止烧穿，这两个位置的电流应比其它位置都小，且送丝速度应加大，以填补电弧熔化钝边后向下流淌的母材金属，此时电压也应比、有所提高。位置处于水平位置，电压、电流均可比、稍大一些，送丝正常即可。在不同位置焊接时，弧长和保护气体流量基本不变化。综合考虑，虽然各个位置可按需要设定不同的焊接工艺参数，但为了保持焊缝成形的连续性，使其波纹均匀美观，相邻各位置之问的参数变化不宜过大，应缓慢过渡。不过，当起弧焊接位置发生变化时，工艺参数也要做调整，以使焊缝充分熔透且均匀一致。这样的参数对以后的管道全位置焊接才有参考价值。利用上述的焊接参数焊接得到的实际焊缝照片如图一图所示，仅给出了四个位置的照片。图位置（。仰焊）的焊缝正面照片器挫甜曲悖伸仃呈蚓嚣章辟毯基于专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究图位置（。仰焊）的焊缝反面照片图位置（。仰焊上行）的焊缝正面照片图位置（。仰焊上行）的焊缝反面照片图位置（。上行）的焊缝正而照片北京化工大学硕上学位论文焊试验图位置（。上行）的焊缝反面照片图位置（。仰焊下行）的焊缝正面照片图位置（。仰焊下行）的焊缝反面照片与焊类似，本文进行了气体保护焊自动焊在立焊这一典型位置的焊接试验。自动焊对接立焊试验条件母材：，接头形式：对接，形坡口加垫板，坡口角度，反变形角，间隙焊接电源：松下气保焊焊丝：巾焊丝（天津金桥）保护气体流量：基于专家系统的导轨式管道焊接机器的研究坡口示意如图示焊接参数记录表盯一。；二：一厂料：一一：串匿翕削对接立焊坡口示意蚓表对接立焊参数记录表焊接焊接焊摆动焊接焊接焊接摆动摆动左侧右侧方式层数接姿态电流电压速度速度幅度滞时滞时道（）（）（）（）（）数打底第层（手第层工）第层弓字型第层弓字型之字型】第层之字型填充之字型自第层之字型动）之字型第层之字型之宇型第层之字型盖面弓字型“第层弓字型动）统计分析焊缝长度为，总焊接道数共道，其中手工打底两层共道，机器人自动焊填充和盖由七层共道。自动焊填充和盖而共计用时”（除辅助及清理时问）检测结果经超声探伤检测，无缺陷，整体评价合格，一级焊缝。自动焊角接立焊试验条件北京化工人学硕士学位论文母材：，接头形式：型角接，单形坡口加垫扳，坡口角度，反变形角，间隙焊接电源：松下气保焊焊丝：巾焊丝（天津余桥）保护气体流量：坡口示意如图示：焊接参数记录表翠嘲煳角接市焊坡口示意图表角接立焊参数记录表焊接焊接焊接摆动焊接焊接焊接摆动摆动左侧右侧方式层数道数姿态电流电压速度速度幅度滞时滞时（）（）（）（）（）（）（）打底第层手第层一）第层之字型第层之字型之字型第层字型填充之字型第层之字型动之宁型第层之字型】之字型筇层之字型基于专家系统的导轨管道焊接机器人的研究之字型第层之字型盖面第弓字型伯层动统计分析焊缝长度为，总焊接道数共道，其中手工打底两层共道，机器人自动焊填充和盖面七层共道。自动焊填充和盖面共计用时”（除辅助及清理时间）。检测结果经超声探伤检测，无缺陷，整体评价合格，一级焊缝。管道焊接试验采用不同的电源形式，进行了管道的周向焊接试验。分别介绍如下。一元化焊是使用熔化电极的惰性气体保护焊，保护气体以惰性气体为主，适当加入其他气体，如，。按照钟表的时针方向进行了焊接试验，采用保护气体（其流量为），坡口钝边为，间隙。得到的各个焊接工艺参数的变化如图图所示。可以看出，摆动速度、摆动幅度、左右滞时、焊丝干伸长这几个参数在不同位置基本没有变化。，焊接位置（点）一元化焊焊接速度变化图焊柏“镗柏驱黔器朋镗己伯博写一越簧丰吐北京化大学硕：学位论文百。越恶驰，口营挺刈，一焊接位置（点）图一元化焊摆动速度变化图一一焊接位置（点）图一元化焊摆动幅度变化图一焊接位置点）图。元化焊左右滞时变化图拗猫黜！星啪（。，【日避嘲霄肇接于专家系统的导轨式管道焊接机器人的研究脉冲焊冒巫垂十裂驶焊接位置（点）图一元化焊送丝速度变化图焊接位置（点）图一元化焊焊丝干伸长变化图一一焊接位置（点）图脉冲盖面焊在不同位置摆动速度变化幽枷俩掰删鹏删晒猢胃罩一倒删湖蚪窖：；舯峙蚰鲇冒！盲燃艘臀取北京化工大学硕学位论文：蛰糙姻删焊接位置（点）图脉冲盖面焊在不同位置左右滞时