窄间隙焊

窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术，其巨大的技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一。而K-TIG焊是窄间隙钨极惰性气体保护焊。采用惰性保护气体更有效的保护焊缝，使焊成型接效果更加良好 。

随着工业科技的飞速发展，窄间隙焊接技术已经成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术，其技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一。作为一种特别工业技术，具有以下公共技术特征：

(1)应用现有的弧焊方法来完成填充方式的熔化焊连接；

(2)焊缝截面积比传统弧焊方法至少减少30%以上；

(3)坡口形状多为具有极小坡口面角度（0.50-70）的V形或U形。或者I形；

(4)一般采用单道多层和双道多层熔敷方式，且板厚方向上熔敷方式固定；

(5)焊接线能量相对较小（双道多层方式时最为突出）；

(6)在深窄坡口内的气、丝，电导入，侧壁熔合控制，气渣联合保护方式的脱渣等方面分别采用了特殊技术 。

窄间隙焊具有极高的焊接生产率，更优良的接头力学性能，更小的焊接残余应力和残余变形，更低的焊接生产成本等显著技术与经济优势，将其归为先进制造技术，当之无愧。然而，迄今为止，该技术在厚板焊接领域的推广应用仍极其有限，我国不少行业在应用上仍没有零的突破。要使窄间隙焊接技术更成熟化、更实用化、技术经济优势更明显化，还应主要从以下方面加快技术开发和技术进步：  

（1）开发更低热输入的弧焊技术，以满足高强钢甚至高合金钢、空间位置适应性更宽等方面的需要；  

（2）开发GMAW方法的超低飞溅率控制技术（包括电源），以满足窄间隙自动焊工艺过程高可靠性、高稳定性的需要；  

（3）开发高抗干扰能力、高可靠性、高精度的自动跟踪技术，以满足焊枪在狭窄坡口内安全可靠运行，电弧在坡口内空间作用位置高度准确的需要 。 2100433B

窄间隙焊接，厚板焊接中一种焊前工件不开坡口,仅留10毫米左右的窄间隙,采用多层多道焊接的气体保护焊工艺。通常采用熔化极氩弧焊方法,亦可用钨极氩弧焊方法。生产率高,变形小和接头性能好。

《窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置》涉及焊接技术领域，特指一种对摇动（或摆动）或旋转电弧窄间隙焊缝偏差进行实时检测的红外视觉传感方法及装置。

窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置专利目的

针对2014年12月以前技术存在的焊缝偏差传感检测精度低、适用范围窄、工程实用性不强等缺点，《窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置》提出一种检测精度高、环境适应能力强、实用性好的适用于摇动（摆动）、旋转电弧的窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置，通过检测电弧运动至坡口两侧壁处时焊丝相对于坡口左右侧壁的位置变化来获取焊缝偏差信息。

窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置技术方案

《窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置》提出的窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法的技术方案是包括如下步骤：

1）窄间隙焊炬整体与红外摄像系统一起以焊接速度向坡口前方移动，根据电弧位置信号P_L或P_R触发红外摄像机采集此刻焊接区域图像，并经图像采集卡送入计算机图像处理系统；

2）当电弧运动至离坡口左、右侧壁最近处时，焊丝位置信息提取模块接收到来自图像采集卡的焊接图像信息，并对该图像进行处理，提取焊丝右位置检测点至坡口左边缘当前距离X_1i以及焊丝左位置检测点至坡口右边缘当前距离X_2i，并将该当前距离送至焊缝偏差值求取模块中；

3）焊缝偏差值求取模块按式ΔX_i=（X_1i－X_2i）/2计算焊缝偏差的当前检测值ΔX_i，然后以最近n次焊缝偏差检测值的中值或平均值作为焊缝偏差的当前采样值ΔX_si，n≥1；若ΔX_si=0则焊缝无偏差，若ΔX_si＞0则焊丝偏向坡口右侧，若ΔX_si＜0则焊丝偏向坡口左侧。

在所述步骤2）中，当电弧运动至离坡口右侧壁最近处（P_R信号有效）时，焊丝位置信息提取模块根据坡口左边缘线的横向位置变化调整坡口左侧图像截取窗口定位点B_1i的横坐标值，截取不受电弧干扰的坡口左侧图像，提取坡口左边缘后，求取坡口左边缘至全局图像左边界的当前距离L_2i，并通过焊丝右侧图像截取窗口截取焊丝右位置图像后再提取焊丝中心至全局图像左边界的当前距离L_1i，计算焊丝右位置检测点至坡口左边缘当前距离X_1i=（L_1i－L_2i）；当电弧运动至离坡口左侧壁最近处（P_L信号有效）时，焊丝位置信息提取模块根据坡口右边缘线的横向位置变化调整坡口右侧图像截取窗口定位点B_2i的横坐标值，截取不受电弧干扰的坡口右侧图像，提取坡口右边缘后，求取坡口右边缘至全局图像左边界的当前距离L_3i，并通过焊丝左侧图像截取窗口截取焊丝左位置图像后再提取焊丝中心至全局图像左边界的当前距离L_4i，计算焊丝左位置检测点至坡口右边缘当前距离X_2i=（L_3i－L_4i）。

当电弧再次运动至离坡口右侧壁最近处时，先提取坡口左边缘至全局图像左边界的下次距离L_{2（i 1）}及焊丝右位置检测点至全局图像左边界的下次距离L_{1（i 1）}，再计算焊丝右位置检测点至坡口左边缘的下次距离X_{1（i 1）}=（L_{1（i 1）}－L_{2（i 1）}），计算出焊缝偏差的下次检测值ΔX_{（i 1）}=（X_{1（i 1）}－X_2i）/2，依此类推，实现在一个电弧运动周期内对焊缝偏差的两次检测。

在坡口左边缘线上的L_2i和L_{2（i 1）}检测点纵坐标值与在坡口右边缘线上的L_3i检测点纵坐标值相同；在右位置焊丝轴心线上的L_1i和L_{1（i 1）}检测点纵坐标值与在左位置焊丝轴心线上的L_4i检测点纵坐标值相同；焊丝位置检测点至全局图像左边界距离L_1i、L_4i或L_{1（i 1）}的最终检测值为焊丝图像左、右截取窗口内、焊丝轴心线上m（m≥1）个不同位置检测值的中值或平均值；坡口左、右边缘至全局图像左边界距离L_2i、L_3i或L_{2（i 1）}的最终检测值，为坡口左、右侧图像截取窗口内、坡口左、右边缘线上k（k≥1）个不同位置检测值的中值或平均值。

在对所述图像进行处理时，先通过全局焊接图像处理提取电弧区域最高点坐标值，并根据电弧区域最高点坐标位置的变化调整焊丝左、右侧图像截取窗口定位点的坐标值；再分别对用坡口左、右侧图像截取窗口截取的小窗口坡口图像及用焊丝左、右侧图像截取窗口截取的小窗口焊丝图像进行处理；在对焊丝左、右侧图像截取窗口截取的小窗口图像进行处理时，先进行局部自适应阈值分割处理，然后通过全窗口图像的形态学腐蚀提取焊丝轮廓后，再利用Canny边缘检测算法提取焊丝骨架，最后计算出焊丝轴心线位置。

对于摇动或旋转电弧脉冲焊接场合，当电弧运动至坡口左侧壁或右侧壁最近处（电弧位置信号P_L或P_R信号有效）时，一旦电流传感器检测到脉冲电弧第一个脉冲焊接电弧基值电流信号i_b来临，即刻触发红外摄像机，采集此刻受电弧弧光干扰最小的焊接区域图像，实现与脉冲电弧基值电流期同步的焊接图像采集。

窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置有益效果

《窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置》与2014年12月以前技术相比，其有益效果是：

与2014年12月以前的电弧中心检测法相比，该发明根据焊丝相对于坡口左右侧壁位置信息来提取焊缝偏差量，可有效地避免电弧形态不对称对检测精度的影响；

与2014年12月以前的坡口单侧边缘位置检测法相比，该发明反映的焊丝和坡口边缘位置信息都是动态的，无需事先建立基准模板，适用于坡口间隙动态变化场合；

对采集的焊接图像进行处理时，该发明根据电弧和坡口边缘位置的变化，实时调整焊丝图像和坡口边缘图像截取窗口的位置，提高了其环境适应性；

根据相邻两幅焊接图像检测焊丝在焊接坡口内的相对位置，可实现在一个电弧运动周期内对焊缝偏差的两次检测，提高了焊缝偏差检测的实时性；

对于摇动（或摆动、旋转）电弧脉冲焊接场合，该发明采用的脉冲电弧基值电流同步检测法，可采集到电弧弧光干扰最小的焊接图像，进一步提高了焊缝偏差检测精度；

《窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置》既适用于电弧运动频率较低的摇动（或摆动）电弧窄间隙焊接场合，又可应用于电弧运动频率较高的旋转电弧窄间隙焊接，适用范围宽。