智能焊接技术及应用 课件 2.2.2 电弧传感

智能焊接技术及应用传感类型目录Contents学习目标01电弧跟踪02学习总结03一、学习目标理解电弧跟踪技术基于焊接电弧物理特性，通过采集电流、电压等电信号确定焊枪与焊缝偏差并纠偏的核心原理。学习目标掌握电弧跟踪技术系统组成，熟悉摆动扫描式、旋转扫描式、脉冲电弧传感技术等关键技术及其特点。学会电弧跟踪技术在实际焊接中的操作，包括参数设置、传感器使用、焊缝跟踪修正指令运用等。0204对比电弧跟踪技术与其他传感技术，明确其在成本、精度、环境适应性等方面的优缺点及适用场景。0103定义：电弧跟踪技术是基于焊接电弧自身物理特性的主动传感技术。技术原理：是采集焊接时电弧的电流、电压、电弧长度等电信号参数，结合电弧形态变化，经信号处理算法得出焊枪与焊缝的相对位置偏差，再通过闭环控制系统自动纠偏焊枪位置。技术优势：以电弧为信息载体，无需额外安装传感器，响应快、成本低、抗干扰能力强。1.技术原理与系统组成二、电弧跟踪典型轨迹偏移案例在焊接过程中，电弧长度（焊丝末端与工件距离）的微小变化会引起电流和电压的显著波动。这种非线性关系可通过数学建模表示为：其中，V0为阴极压降，L和R分别为电弧电感和电阻。电弧形态动态特征：焊接电弧的稳定性与熔池流动、气体保护效果密切相关。通过高速摄像技术可观察到电弧的收缩、扩展及摆动行为，这些形态变化为焊缝偏差检测提供了直观依据。二、电弧跟踪V_arc=V_0+L∙dI/dt+R∙I二、电弧跟踪典型电弧跟踪系统的四个关键模块：01典型公式：Vleft和Vright为焊枪摆动至坡口两侧时的电弧电压平均值030204特征提取运动控制位置解算高速数据采集电弧跟踪动画演示优势一是无需额外安装外部传感器；二是环境适应性强，能在狭窄空间以及高温、烟尘等复杂环境下应用；三是成本较低，仅为激光跟踪系统的20%-30%。局限性一是对熔池动态变化敏感，易受送丝速度、保护气体流量等焊接参数波动的影响；二是在控制超薄板（厚度<1mm）焊接热变形方面能力有限。电弧跟踪技术的优势与局限性：二、电弧跟踪二、电弧跟踪电弧传感器适用于MIG/MAG和TIG焊接，通过焊枪摆动时的焊接电流变化确定位置测量值。其焊缝跟踪依赖于精确设置的焊接工艺参数和材料曲线，可有效纠正存在公差的工件及焊接过程中因热变形产生的焊缝偏差。该技术在摆动电弧焊接中应用广泛，能适应多种焊接接头形式，具有较高的跟踪精度。应用范围材料使用范围钢主要使用铬镍钢限制使用铝不适用药芯焊丝限制使用2.关键技术类型与设备二、电弧跟踪焊缝高低跟踪通过电弧信号变化实现，焊缝对中跟踪通过电弧扫描坡口并利用调制作用获取位置信息。根据电弧扫描运动方式和信号处理策略的不同，可分为三类：摆动扫描式电弧跟踪01旋转扫描式电弧跟踪02脉冲电弧传感技术03二、电弧跟踪（1）摆动扫描式电弧跟踪摆动扫描式电弧跟踪技术特点：

焊枪以5-15Hz频率横向摆动，依据两侧电弧长度差异判断偏移方向。驱动电弧摆动的方式：

驱动电弧摆动有波浪形焊丝、驱动导电嘴摆动、驱动焊枪整体摆动等方式。波浪形焊丝形成原理导电嘴弧形摆动焊枪焊枪整体摆动的结构原理图二、电弧跟踪（2）旋转扫描式电弧跟踪摆动与旋转对比：驱动电弧摆动因机械惯性，摆动频率一般低于10Hz；驱动电弧旋转时电机连续转动，频率可达100Hz以上，适用于高速焊接，可通过相位差分析偏差实现全位置焊接跟踪。电弧旋转实现方式：机械驱动电弧旋转主要有导电杆圆柱转动和圆锥转动两种方式，前者通过焊丝导出孔偏置实现，后者由齿轮带动导电杆圆锥转动实现。圆柱转动圆锥转动（3）脉冲电弧传感技术技术概述与优势：磁控电弧技术是电弧跟踪新方向，通过周期性变换磁场使电弧偏转，利用脉冲焊接特性计算熔池参数，适合高反光金属焊接，抗弧光干扰能力强，脉冲频率和占空比需依材料和焊接速度调整。横向旋转磁场形成机理：励磁装置由6个磁柱、励磁线圈和水冷腔组成，采用三相单六拍供电，利用高频信号调制载波，通过改变高频调幅信号占空比调节励磁电流。二、电弧跟踪旋转磁场发生装置二、电弧跟踪使用电弧传感器时应注意事项：

焊接电源：应选用平外特性电源，保证电流稳定，减少电弧长度变化对电流的影响。焊丝伸出长度：左右焊丝伸出长度需一致，保持在10-20mm，否则影响焊接质量和传感器性能。焊接参数设置：依据工件材料和厚度合理调整焊接电流和电压，避免焊穿或无法形成良好焊缝。焊丝对中：焊接前确保焊丝对准坡口中心，可手动调整焊枪或用定位装置。环境条件：避免强电磁干扰和机械振动，防止影响传感器性能和焊接质量。定期维护：定期检查并更换磨损的焊丝和焊枪，清理焊枪喷嘴和导电嘴上的焊渣。调试与校准：初次使用或更换焊丝后，要对传感器进行调试校准，保障电流检测和焊缝跟踪的精度。3.电弧跟踪的优势与局限性二、电弧跟踪优势：电弧跟踪技术通过直接采集焊接过程中的电流、电压信号实现实时监测，响应速度可达毫秒级；动态纠偏机制。实时性与动态响应强硬件简化、维护成本低、设备价格（5-8万元）远低于激光跟踪系统（20万元以上）。成本效益显著抗干扰能、高温耐受性。环境适应性好参数自适应、多场景适配。与焊接工艺的高度兼容性3.电弧跟踪的优势与局限性二、电弧跟踪局限性：坡口形式与焊缝类型的限制：窄间隙焊缝跟踪困难、搭接焊缝适应性差。数学模型与算法复杂度高：非线性关系建模难题、动态干扰因素。工艺参数敏感性：电流/电压匹配要求严格、摆动频率与焊接速度需协同优化。应用场景的局限性：薄板焊接适应性差、多道焊层间跟踪挑战。二、电弧跟踪横向和竖向修正同时激活，使机器人沿最短路径前往焊缝角方向，修正测定的偏离。SSPD指令在焊接轨迹前输入，对程序中所有焊缝有效，直至新指令输入。横向和竖向修正速度：动态调速过程根据SSPD指令中的数值和焊缝偏差计算修正速度。当偏差大且SSPD指令数值大时，修正速度高；反之，当偏差小，即使SSPD指令数值大，修正速度也低。4.操作案例第一个数值定义横向修正速度，方向与焊丝方向垂直。修正值从焊缝边上的两个测量点测定。若两点相同，焊枪尖位于焊缝角；不一致则存在偏离。修正在焊接角方向上进行。1.横向修正二、电弧跟踪横向修正第二个数值定义竖向修正速度，修正方向与焊丝方向一致。修正值由摆幅中心测定。为确保焊缝跟踪效果，需保持一定长度的焊丝自由端，该长度在焊接参数表中设定，称为竖向设定值。2.竖向修正二、电弧跟踪竖向修正二、电弧跟踪定义/测定竖向设定值：竖向设定值对焊接质量至关重要。焊接电压、送丝速度和焊丝干伸长需协调，通过试验焊接优化焊接参数表中的“送丝速度”和“电压/脉冲频率”参数。工件制造误差导致干伸长变化时，需调整竖向设定值以恢复理想电弧。调节时，参数改变对干伸长的影响有延迟，故需小步精调。二、电弧跟踪对焊枪方位和电弧的要求：过程类型不影响设置值，但焊接参数选择需注意电弧不完全处于熔池上且电弧长度尽可能小。电弧稳定性通常禁止大摆幅和高摆动频率同时出现，尤其在小坡口角度（如V型接口）时。位置测量次数会增加。正常位置时，焊枪在角焊缝中应沿角平分线向顶板倾斜一定角度，方位从中线到垂直，不影响焊缝引导。图倾斜角图定位角二、电弧跟踪程序编写的焊缝走向通过电弧传感器进行修正。在焊缝终点处的轨迹点只决定焊缝的长度。在焊缝跟踪中保存偏移：在焊缝跟踪过程中测得的偏移（Offset）可以保存起来，并随意用于其他焊道（填充焊道或面层焊道）。二、电弧跟踪单偏移：机器人在单偏移（S）启用的状态下驶过轨迹时，会以一定的偏移驶向所有点，偏移程度即为保存的偏移量（Offset）。偏移列表：选取一个偏移列表（M）时，机器人在焊缝跟踪中为每个点在行驶指令中保存一个偏移量。机器人用保存的偏移列表驶过轨迹时，会以一定的偏移驶向所有点，偏移程度即为为各个点保存的偏移量（Offset）。二、电弧跟踪偏移优化焊接效果对比二、电弧跟踪双丝焊时的焊缝跟踪：双丝焊过程中的焊缝跟踪与传统焊接过程一样，受相同的边界条件（定位角、电弧稳定性等）的限制。由于焊接速度较高，必须相应调整指令SSPD中的修正值。焊缝跟踪信号始终被“前置的焊丝”（在示例中是焊丝1）接收到。哪一根焊丝是“前置的焊丝”，取决于机器人焊枪的定向及其运动方向。选取双焊丝引导MASTER或双焊丝引导SLAVE，可决定由哪一根焊丝接收焊缝跟踪信号。三、学习总结2、关键技术各有特点，摆动扫描式通过焊枪摆动判断偏移，旋转扫描式适用于高速焊接，脉冲电弧传感技术抗干扰能力强。4、实际操作时要合理设置参数，注意设备维护和校准，掌握焊缝跟踪修正指令，根据焊接任务选择合适的传感技术。​1、电弧跟踪利用焊接电弧信号实现焊枪位置自动纠偏，系统由信号采集、处理和运动控制等模块组成。3、该技术优势在于成本低、环境适应性好，但存在对特定焊缝跟踪困难、受焊接参数影响大等局限。学习总结智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1.电弧跟踪技术的核心是通过采集焊接电弧的哪些电信号参数来确定焊枪与焊缝的相对位置偏差（）A.温度、湿度B.电流、电压

C.压力、振动

D.电阻、电容答案：B解析：电弧跟踪技术的原理是“采集焊接时电弧的电流、电压、电弧长度等电信号参数，结合电弧形态变化，经信号处理算法得出焊枪与焊缝的相对位置偏差”，A、C、D选项中的温度、湿度、压力等均非电弧跟踪技术采集的核心电信号，故答案为B。课后习题2.电弧跟踪系统的设备价格通常仅为激光跟踪系统的（）A.5%-10%

B.50%-60%

C.20%-30%

D.80%-90%答案：C解析：电弧跟踪技术优势时明确说明“成本较低，仅为激光跟踪系统的20%-30%”，A、C、D选项的比例与课件内容不符，因此正确答案为C。课后习题3.电弧跟踪技术在使用时，焊丝伸出长度应保持在什么范围，且左右需一致（）A.5-10mm

B.10-20mm

C.20-30mm

D.30-40mm答案：B解析：“使用电弧传感器时应注意事项”部分指出“焊丝伸出长度：左右焊丝伸出长度需一致，保持在10-20mm，否则影响焊接质量和传感器性能”，A、C、D选项的长度范围不符合课件表述，因此答案为B。课后习题4.典型电弧跟踪系统的关键模块包括（）（多选）高速数据采集特征提取位置解算运动控制答案：ABCD解析：典型电弧跟踪系统的四个关键模块为“高速数据采集、特征提取、位置解算、运动控制”，四个选项均符合该表述，不存在遗漏或错误选项，故答案为ABCD。课后习题5.电弧跟踪技术的局限性主要有（）（多选）A.对熔池动态变化敏感，易受焊接参数波动影响

B.窄间隙焊缝跟踪困难、搭接焊缝适应性差

C.在控制超薄板（厚度<1mm）焊接热变形方面能力有限

D.不受电磁干扰和机械振动影响答案：ABC解析：电弧跟踪技术的局限性包括“对熔池动态变化敏感，易受送丝速度、保护气体流量等焊接参数波动的影响”“窄间隙焊缝跟踪困难、搭接焊缝适应性差”“在控制超薄板（厚度<1mm）焊接热变形方面能力有限”,故答案为ABC。课后习题6.脉冲电弧传感技术通过周期性变换磁场使电弧偏转，适合高反光金属焊接，抗弧光干扰能力强。（）答案：正确解析：脉冲电弧传感技术的描述为“通过周期性变换磁场使电弧偏转，利用脉冲焊接特性计算熔池参数，适合高反光金属焊接，抗弧光干扰能力强”，与题干说法完全一致，故该判断正确。课后习题7.电弧跟踪技术中，横向修正的修正值从焊缝边上的两个测量点测定，若两点相同，焊枪尖位于（）；若不一致则存在偏离。答案：焊缝角解析：课件提到“横向修正：修正值从焊缝边上的两个测量点测定。若两点相同，焊枪尖位于焊缝角；不一致则存在偏离”，直接对应题干空缺部分，故答案为焊缝角。课后习题8.简述电弧跟踪技术的定义和核心原理。答案：定义：电弧跟踪技术是基于焊接电弧自身物理特性的主动传感技术。核心原理：采集焊接时电弧的电流、电压、电弧长度等电信号参数，结合电弧形态变化，经信号处理算法得出焊枪与焊缝的相对位置偏差，再通过闭环控制系统自动纠偏焊枪位置。课后习题9.电弧跟踪技术中常用的非接触式传感器有（）。​A.激光视觉传感器​B.红外传感器​C.电磁感应传感器​D.超声波传感器​答案：ABCD​解析：激光视觉传感器通过激光投射和图像采集分析焊缝；红外传感器利用红外辐射检测焊缝；电磁感应传感器依据电磁感应原理获取焊缝信息；超声波传感器通过发射和接收超声波来