關于數字化焊接技術的相關分析

高光

伊犁技師培訓學院，中國·新疆 伊寧 835000

1 引言

在現代化技術飛速發展的進程中，數字化的概念逐步深入人心，所謂數字化技術，重點是指計算機和互聯網等作為基礎，將信息的離散化表述和傳感等科學理論作為支撐，通過科學整合和發展而成的技術手段[1]。數字化焊接技術屬于一種新的產物，其將數字化技術和焊接工藝相互結合到一起，如焊接模擬仿真數字化和車間焊接數字化技術等等，都是富有代表性的技術手段。

2 焊接裝備單元級數字化焊接技術

2.1 設備

逆變焊機在逐步的轉化為數字化焊機時，需要經歷漫長的過程，重點是將數字控制技術作為重要的條件，借助科學合理的數字信號處理器，實現對相關信息的獲取和利用。數字化焊機讓電源、機器人和焊槍等實現了便捷的交互，通過合理使用數字化控制系統，使焊機內置更加的嚴謹，達到了理想化的便捷操作的目的，確保了焊接的品質。全數字化焊機還具備著遠程診斷和修復等功能，可以讓焊接過程變得可控、可操作，其具備的理想控制精度和優質的接口兼容性，使數字化焊接技術得以穩步發展。

2.2 跟蹤技術

在具體的生產實踐中，焊接跟蹤技術體現出智能化特征，其屬于一種智能化單元技術，在具體使用的過程中，接縫跟蹤可以適當地劃分出電弧自傳感跟蹤以及激光-CCD 跟蹤，因傳統跟蹤技術不具備的便捷性，所以這一實踐可以保證良好的跟蹤效果[2]。電弧自傳感跟蹤重點是適用于熔化極氣保焊的環節，焊槍擺動的過程中，能讓弧長呈現出規律的運動狀態，由此使焊接電流發生了較為顯著的變化，同步感知電流的變化情況，獲取到焊槍以及坡口橫向、高低方向的偏差，便于展開科學化的調整。在實際運用相關方法的過程中，無需在焊槍上設置外部裝置，這在一定程度上控制了相應的誤差，也讓盲區和滯后誤差問題得以規避，體現出實時性和成本低廉等優勢。激光-CCD 傳感器的基本工作原理是三角測量，若是激光條紋投射在坡口表面，則會呈現出截面幾何條紋，由此分析出坡口幾何以及位置信息。

2.3 熔池視覺技術

經驗相對豐富的焊工們，可以借助觀察熔池形貌的方式，將手中焊槍的姿態合理地進行調整，以此保證獲取到的焊縫更加優質。針對相關的課題，中國和國際上的學者展開了深入調查和研究，開展了雙目立體視覺法以及結構光三維視覺法等多種實踐活動，美國的肯塔基大學張裕明教授便提出了結構光三維視覺法，主張運用此方式檢測熔池信息，使用波長是337 納米、瞬時功率達到50kW 的脈沖激光照射熔池，整個過程需要進行同步的拍攝，獲取到相對清晰的圖像，運用基本的處理方案，使扎格輪廓得以有效的提取，計算出熔池表面的具體維度，通過科學地使用點陣結構激光檢測熔池表面的三維形貌，確保實際的精度。

3 焊接工藝中的數字化技術

3.1 自動化設計系統

歐美等國家開始積極地投入焊接數據庫系統的研究實踐中，涵蓋著母材、焊接方式以及焊接材料等多種內容。中國研究開始于20世紀90年代，著重在材料定額、工藝自動化設計等不同的方面。南京理工大學王克鴻對于重型車輛開發出了焊接工藝計算機輔助設計和相關的評價體系，體現出焊接工藝的自動化特征，彰顯出焊接接頭信息輸入等多種功能，實現了推理階段多種參數和規則約束的自動工藝求解。現階段，焊接數據庫以及工藝自動設計研發趨向成熟，在網絡化程度日益明顯的現代社會，相應的數據庫還將融入新的特征。

3.2 機器人焊接智能規劃技術

焊接機器人離線編程技術往往是建立在圖形屏幕示教的基礎上，逐步向智能編程的方向穩步的前進，離線編程的核心與關鍵就是焊接任務和基本的路徑。路徑規劃一般可以適當地通過建模以及視覺系統加以落實，保證推進無碰撞校正工作[3]。焊槍的具體姿態規劃可以結合焊接的位置和工件情況加以分析，適當的調整焊槍位置和姿態，使焊縫的質量得以保障。焊接工藝規劃通常是根據焊接CAPP 系統加以落實，重點屬于CAD 和離線編程系統的優化組合。如圖1所示，部分專家學者對機器人焊接參數的規劃問題展開了細致的分析，運用前饋式神經網絡，將機器人的焊接參數規劃器設置出來，實際的收斂效果明顯的優于BP 算法。還有學者將焊接工件特征建模、綜合特征識別等技術研究工作開展起來，借助Solid Works 開發出焊接特征建模器。

圖1 機器人焊接智能規劃結構圖

4 焊接模擬仿真技術

焊接數值模擬技術通常是運用描述焊接物理過程的偏微分方程和定解條件模擬焊接的過程，整個階段會運用到數值方法分析出焊接過程的定量認識。經過科學的數值模擬和仿真人工智能技術結合等，使工藝參數加以確定到位，將基本的工藝方案逐步的優化，分析出加工階段可能出現的缺陷和問題，采取科學化的應對方案，使加工工件的具體品質得以保護，同時還可適當的處理尚未解決的復雜問題。現階段，數值模擬技術逐步的滲透至多個方面，如焊接熱傳導模型以及焊接結構件應力與變形預測等，尤其是焊接熱傳導模擬逐步的由熔焊過程擴展至高能束焊，從單一溫度場計算發展至流場和熱場耦合計算，焊接結構件的實際應力和變形能進行計算的構件日漸復雜，能讓焊接工序得以優化。焊接接頭組織以及力學性能模擬與預測也呈現出穩步發展的態勢，尤其是組織模擬上，部分新型技術的運用，使組織模擬研究更加的活躍。

5 車間級焊接數字化技術

5.1 在線傳感系統

車間級焊接數字化主要是指裝焊車間的焊接設備呈現出智能化和數字化發展狀態，有專家學者對于相關的內容展開了細致地分析。如圖2所示，關于焊機群組化管理，有學者將有線和無線網絡建立了密切的聯系，打造出數字化焊機網絡監控系統，使焊機數據、品質和維護等方面的管理有條不紊地展開，能對電流、電壓以及時間等進行科學的監管[4]。王克鴻開發實時傳感采集焊接過程參數，將波形特征參數加以分析并計算，判斷具體焊接過程的穩定程度以及工藝的科學合理性，利用局域網，完成遠程在線監視的目標。

圖2 焊接工藝信息采集及質量評價體系的結構模型

5.2 焊接階段數字評價技術

焊接階段屬于相對復雜的理化變化過程，穩定性以及實際的品質往往會通過電流、電壓等反映出來。借助傳感采集電流和電壓等，使特征參數加以提取，使焊接過程的穩定性和缺陷、品質等得以在線判斷。有學者將模糊邏輯系統設計出來，運用電壓概率分布以及短路時間等判斷實際的統計指標，探索出具體的焊接質量。還有學者借助對脈沖焊接中電壓和電流信號的分析，構建了對應的神經網絡模型，確保接頭強度預測更加到位。

6 結語

通過將數字化焊接技術合理地運用起來，使產品本身的焊接質量明顯地提升，基本的穩定性和可靠性得到了有效提高，同時還能降低生產成本，確保基本的效能達到理想的目標。