一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法与流程

本发明涉及智能化焊接的，具体地说是一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，尤其涉及针对船舶建造大厚板对接时存在大间隙且动态变化的工况，而研发的用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法。

背景技术：

1、在船舶、海洋平台等大型装备制造中，大厚板对接拼焊是关键工序。受前道切割、卷板等工序影响，板材拼装时常存在较大且不均匀的装配间隙，这给高效、高质量的焊接带来了巨大挑战。

2、目前，行业内主要存在以下几种技术路线，但均存在局限性。比如，传统多层多道电弧焊：如mag/mig焊，生产效率低，热输入大，变形严重，且对焊工技能依赖度高；激光-电弧复合焊：虽结合了激光深熔与电弧桥接的优点，但面对大间隙时，传统的激光-电弧串联模式，其单道熔宽和间隙桥接能力仍显不足。现有技术中，热源相对位置固定，无法根据间隙动态调整，适应性差。激光摆动焊接：通过激光摆动形成准大光斑以增强桥接能力，并配合焊丝摆动增强填充。然而，该方法主要依赖单一激光热源和单电弧，对于超大间隙的填充效率仍受制约，且过程控制复杂。

3、综上所述，现有技术缺乏一种能够单道即完成大间隙厚板高质量对接，并具备在线间隙感知与自适应调整能力的高效焊接解决方案。因此，亟待发明一种新的焊接方法与系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改进的船用纵骨自动焊接装置及其使用方法，通过结构和方法的改进，可以适用于不同类型的纵骨焊接，提升了效率，降低了成本，缩短了造船周期。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：焊接方法包括如下步骤：a、焊前准备与间隙感知：对待焊厚板进行坡口准备与装配，形成i型或y型或v型坡口；焊接前，通过集成在焊枪前方的线激光传感器实时扫描坡口，获取起始位置的间隙值δ0 ；b、三热源参数智能匹配与定位：控制系统根据感知到的间隙值δ0和板厚值t，从预置的工艺参数数据库中调取匹配的焊接参数集；同时，通过多自由度调节机构调整三个热源的相对空间位置；c、三阶段协同焊接过程，焊接过程中，线激光传感器持续监测前方待焊区域的间隙变化，控制系统根据实时间隙数据，动态联动调整三个热源的参数；其中第一阶段为预热与初步填充过程，第二阶段为深熔焊过程，第三阶段为高效填充与成型过程，最终完成焊接。

3、优选的，b步骤中，三热源为单丝、激光和双丝三种热源，三个热源的相对空间位置做如下调整：前置单丝焊枪垂直于工件或后倾 0°～5°，其焊丝端部距激光光斑中心距离为l1为10-30mm；中置激光头以5°-15°的前倾角指向熔池；后置双丝焊枪：垂直于工件或前倾10°～20°，其双丝连线中点距激光光斑中心距离为l2为5-20mm，且双丝连线与焊接方向平行形成串联模式或者呈一定角度夹角，夹角范围10°～20°。

4、进一步，c步骤中，焊接过程中自适应进行控制，当间隙增大时，增加前置单丝的焊接电流与摆动幅度，增加激光功率p以保证熔深；当间隙减小时，则进行反向调节，用以防止热输入过高导致焊穿或塌陷；

5、当间隙由变为（间隙变小时，取负值），各参数调节公式如下:

6、前置单丝电流 ；

7、前置单丝摆动幅度 ；

8、后置双丝电流总和 ；

9、激光功率 ；

10、其中，k为调节系数：

11、为前置单丝电流调节系数，约0.3~0.5，基准值为0.4；

12、为前置单丝摆动幅度调节系数，约0.3~0.5，基准值为0.4；

13、为后置双丝电流总和调节系数，约0.2~0.4，基准值为0.3；

14、为激光功率调节系数，约0.05~0.2，基准值为0.1。

15、进一步，c步骤中，第一阶段的预热与初步填充：启动前置单丝电弧，采用相对较小的电流，所述的较小电流基准值200a，调整范围150～250a，并配合横向摆动焊接，用以预热根部、熔化边缘，并初步填充大间隙底部，形成一个稳定的、局部已连接的金属基底，为后续激光深熔创造条件。

16、进一步，c步骤中，第二阶段的深熔焊：在单丝电弧作用点后方距离l1处，启动6-20kw的中置高功率激光，使得激光在已被预热和部分填充的间隙区域作用，实现快速、稳定的深熔，形成深熔焊缝。

17、更进一步，c步骤中，第三阶段的高效填充与成型：在激光作用点后方距离l2处，启动后置双丝电弧，采用较高的电流，所述的较高电流，是指双丝电流之和基准450a，调整范围400～550a，利用其高熔敷率的优势，对激光形成的深熔焊缝进行快速、大量的金属填充，完成焊缝的成形。

18、相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

19、1、本发明所述的改进方案，通过线激光传感器实时感知坡口间隙；根据间隙值智能匹配并设定三热源的工艺参数；前置单丝电弧进行预热与初步填充、中置激光进行深熔、后置双丝电弧进行高效填充；并在焊接过程中根据间隙动态变化，联动调整三热源的工艺参数，实现了厚板大间隙接头的高质量单道焊；

20、2、本发明的技术方案的中，三阶段协同焊接过程，焊接过程中，线激光传感器持续监测前方待焊区域的间隙变化，控制系统根据实时间隙数据，动态联动调整三个热源的参数；大幅提升了焊接质量的稳定性和可靠性；

21、3、本发明的方法中，焊接过程，第一阶段为预热与初步填充过程，第二阶段为深熔焊过程，第三阶段为高效填充与成型过程，最终完成焊接，激光深熔带来细化的焊缝组织，双丝电弧的后热作用有助于改善焊缝及热影响区的韧性，降低冷裂倾向；三热源顺序作用形成了有利的热循环，综合提升了接头的力学性能；

22、4、本发明方法不仅适用于船舶建造中的平直焊缝，通过机器人柔性化，也可适应曲面等复杂位置的焊接需求，适用范围广，便于推广和利用。

1.一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：焊接方法包括如下步骤：a、焊前准备与间隙感知：对待焊厚板进行坡口准备与装配，形成i型或y型或v型坡口；焊接前，通过集成在焊枪前方的线激光传感器实时扫描坡口，获取起始位置的间隙值δ0 ；b、三热源参数智能匹配与定位：控制系统根据感知到的间隙值δ0和板厚值t，从预置的工艺参数数据库中调取匹配的焊接参数集；同时，通过多自由度调节机构调整三个热源的相对空间位置；c、三阶段协同焊接过程，焊接过程中，线激光传感器持续监测前方待焊区域的间隙变化，控制系统根据实时间隙数据，动态联动调整三个热源的参数；其中第一阶段为预热与初步填充过程，第二阶段为深熔焊过程，第三阶段为高效填充与成型过程，最终完成焊接。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：b步骤中，三热源为单丝、激光和双丝三种热源，三个热源的相对空间位置做如下调整：前置单丝焊枪垂直于工件或后倾 0°～5°，其焊丝端部距激光光斑中心距离为l1为10-30mm；中置激光头以5°-15°的前倾角指向熔池；后置双丝焊枪：垂直于工件或前倾10°～20°，其双丝连线中点距激光光斑中心距离为l2为5-20mm，且双丝连线与焊接方向平行形成串联模式或者呈一定角度夹角，夹角的范围为10°～20°。

3.根据权利要求1所述的一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：c步骤中，焊接过程中自适应进行控制，当间隙增大时，增加前置单丝的送丝速度与摆动幅度，用以增加激光功率以保证熔深；当间隙减小时，则进行反向调节，用以防止热输入过高导致焊穿或塌陷。

4.根据权利要求3所述的一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：当间隙增大时，增加前置单丝的焊接电流与摆动幅度，增加激光功率p以保证熔深；当间隙减小时，则进行反向调节，用以防止热输入过高导致焊穿或塌陷；当间隙由变为（间隙变小时，取负值），各参数调节公式如下:

5.根据权利要求1所述的一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：c步骤中，第一阶段的预热与初步填充：启动前置单丝电弧，采用相对较小的电流，所述的较小电流基准值200a，调整范围150～250a，并配合横向摆动焊接，用以预热根部、熔化边缘，并初步填充大间隙底部，形成一个稳定的、局部已连接的金属基底，为后续激光深熔创造条件。

6.根据权利要求1所述的一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：c步骤中，第二阶段的深熔焊：在单丝电弧作用点后方距离l1处，启动6-20kw的中置高功率激光，使得激光在已被预热和部分填充的间隙区域作用，实现快速、稳定的深熔，形成深熔焊缝。

7.根据权利要求1所述的一种用于船舶大厚板焊接的三热源串联自适应焊接方法，其特征在于：c步骤中，第三阶段的高效填充与成型：在激光作用点后方距离l2处，启动后置双丝电弧，采用较高的电流，所述的较高电流指双丝电流之和基准450a，调整范围400～550a，利用其高熔敷率的优势，对激光形成的深熔焊缝进行快速、大量的金属填充，完成焊缝的成形。