[01418341]焊剂片约束弧焊控制系统的研究与开发

一、课题来源及背景 研究开发高效低热输入的焊接方法成为目前国内外的重要研究方向。焊剂片约束电弧超窄间隙焊接方法是具有自主知识产权的新型焊接方法和技术,选用间隙宽度约4-5mm的直坡口,采用电弧在坡口中的方向性约束,调控输入热量,使电弧同时对两侧壁及根部加热熔化,实现单道焊缝成形,可以使线能量降低到5kJ/cm,是焊接效率高、热输入低、接头性能优良、焊接变形和残余应力小以及焊接成本低的高效、绿色、节能新技术,具有广阔的应用前景。然而,焊剂片约束电弧超窄间隙焊接由于坡口宽度窄等因素限制,人工无法施焊,只能通过自动化焊接装置控制机械臂和焊枪进行焊接,只要对焊接过程进行精准控制,就能充分发挥焊剂片约束电弧焊接方法的优势。焊接过程具有强非线性,是多种因素交互作用的复杂动态过程;而且超窄间隙焊接无法观察到熔池,这对超窄间隙焊接过程控制系统提出了更高的要求。与常规电弧控制相比,焊剂片约束电弧超窄间隙焊接过程机理复杂,并受众多随机因素的干扰和影响,且焊接质量无法实时检测,系统的动态特性难以用数学模型描述。整个焊接过程机理不清,具有强非线性、不确定性,难以建立精确数学模型,使得焊接过程的稳定性和焊接质量难以保证。本项目研究开发焊剂片约束弧焊控制系统,以确保超窄间隙焊接质量是亟待解决的难题。 二、技术原理与性能指标 （1）研究了焊剂片约束电弧焊接过程信息检测与分析方法; （2）提出了超窄间隙坡口宽度检测及其焊接过程稳定性评估方法,实现了超窄间隙焊接质量建模与预报; （3）提出了超窄间隙焊接工艺参数设定方法; （4）研制了能够实现板厚为20-100mm的4-5mm直坡口自动对接焊控制系统1套及其超窄间隙焊枪1把,焊接线能量低至0.6KJ/mm; 三、技术的创造性与先进性 （1）针对焊剂片约束电弧焊接过程的复杂性,提出应用人工智能的理论和方法对多源信息进行分析与表征,感知焊接动态过程,实现超窄间隙焊接过程的稳定性分析和焊接质量的实时预测。 （2）针对焊剂片约束电弧在窄坡口中的燃烧行为及加热特性,提出适合焊剂片约束电弧焊接过程的弧焊电源外特性,并研制出相应弧焊电源。 四、技术的成熟度、适用范围和安全性 本项目处于实验室研究阶段,充分考虑针对钢轨焊接的超窄间隙焊接平焊装置工程实际应用中钢轨焊前加热条件、环境保护可持续发展等因素, 适用于钢轨等厚板焊接领域实现高效低热输入焊接,可应用于高端轨道交通装备制造。 五、应用情况及存在的问题 本项目还未进行实际应用,未产生社会经济效益。 六、历年获奖情况 无。 七、成果公开涉密情况 该成果不涉及任何商业秘密内容。