管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统及其控制方法

本发明涉及埋弧焊，特别涉及一种管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统及其控制方法。

背景技术：

1、埋弧焊具有熔深大、焊接效率高、焊缝成形稳定等优点，广泛应用于压力管道、储罐、钢结构及大型筒体构件的焊接制造中。传统埋弧焊的焊剂铺设主要依赖焊剂自身重力完成，焊剂从漏斗或输送管落到焊接区域后，在焊枪前方形成一定厚度的覆盖层，以实现埋弧、隔绝空气和稳定冶金保护。

2、然而，在管道环缝全位置焊接过程中，焊接小车需要沿管道外壁进行圆周运动。当焊接位置由平焊逐步过渡到立焊、仰焊时，焊剂所受重力方向与焊缝表面法向之间的关系持续变化。焊剂在立焊位置容易沿管壁切向滑落，在仰焊位置容易脱离焊缝区域而坠落，从而造成漏埋、断弧、飞溅增多及焊缝保护不足等问题。因此，传统依靠重力铺设焊剂的埋弧焊方式难以实现管道环缝的连续全位置焊接。

3、因此，需要设计一种能够在管道平焊、立焊、仰焊等不同工况下稳定约束焊剂，并能够结合视觉检测和多源传感反馈实现流体参数动态调节的全位置埋弧焊焊剂输送与控制系统。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统及其控制方法，旨在解决传统的埋弧焊装置和焊接方法难以结合实际的焊接工况对焊剂进行实时调节，焊接过程中焊剂压力容易波动，从而影响焊接质量的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统，包括：

3、焊接装置；

4、焊剂保压组件，包括焊剂盒和输送回流件，所述焊剂盒设于所述焊接装置的输出端，以用于在焊接装置的输出端周侧形成焊剂保护腔，所述输送回流件至少包括一个正压输送单元和一个负压回流单元，所述正压输送单元和负压回流单元分别设于所述焊剂盒长度方向上的两端，以分别用于通过正压向所述焊剂保护腔内输送焊剂以及通过负压吸力对所述焊剂保护腔内的多余焊剂进行回收，其中，所述焊剂盒长度方向上的两端部上还均设有一个通气孔，以用于平衡所述焊剂保护腔内外两侧的压强；

5、全位置焊接模块，包括永磁爬行车体和倾角传感器，所述永磁爬行车体用于驱动焊接装置的输出端沿待焊接管道的圆周方向爬行，所述倾角传感器设于所述永磁爬行车体，用于实时采集当前焊接位置对应的圆周重力倾角；以及，

6、视觉检测模块，设于所述永磁爬行车体，用于对焊枪前方焊剂覆盖区域进行图像采集和形态识别。

7、在一实施方式中，所述焊剂盒包括和待焊接管道相对应的接触端，所述焊接装置设于所述焊剂盒的中间位置并朝向所述接触端延伸，以在所述接触端位置形成有焊接区域；

8、所述焊剂盒内设有多个导流板，且多个所述导流板均在所述焊剂保护腔内倾斜设置，其中，所述导流板由所述焊剂保护腔长度方向上的一端向所述焊剂保护腔中间位置延伸时，其延伸端逐渐朝向所述焊接区域倾斜延伸设置。

9、在一实施方式中，所述焊剂保护腔内设有分隔板，所述分隔板设于所述焊剂保护腔宽度方向上的两内壁之间，以将所述焊剂保护腔划分为其高度方向上的焊接保护区和回收导流区，且所述焊接保护区和所述回收导流区长度方向上的两端相互导通，所述焊接保护区连通所述焊剂盒的开口，两个所述通气孔位于所述回收导流区长度方向上的两端；

10、所述分隔板上对应于焊接装置的输出端位置设有避让孔。

11、在一实施方式中，所述负压回流单元位于所述焊剂保护腔内的一端部上设有隔离纱网，以用于对回收气流中的焊剂颗粒进行截留；和/或，

12、所述视觉检测模块包括前置工业相机，所述前置工业相机用于采集焊剂铺设图像信息。

13、在一实施方式中，所述管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统还包括焊剂储存单元，所述正压输送单元输入端和所述负压回流单元的输出端均和所述焊剂储存单元相接。

14、在一实施方式中，所述正压输送单元和所述负压回流单元均包括其对应的管路单元，且所述管路单元上均设有流体比例阀和气压传感器。

15、本发明还提出一种管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统的控制方法，基于上述实施例中的管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统，所述管道全位置埋弧焊的焊剂输送系统的控制方法具体包括以下控制步骤：

16、步骤s1、发出开启指令至流体比例阀，利用正压输送单元产生诱导气流以带动焊剂颗粒进入焊剂盒，并同步启动负压回流单元，从而在焊剂盒内构建可控的负压环境；

17、步骤s2、操控焊接装置引弧，并驱动永磁爬行车体沿管道外壁做圆周运动，同时由倾角传感器实时监测车体的圆周重力倾角θ，由气压传感器同步采集正压输送单元及负压回流单元的管路压力p；

18、步骤s3、利用视觉检测模块实时捕获焊接区的焊剂铺设影像，并对所获图像进行处理分析，从而识别出连续且连通的焊剂覆盖区域；

19、步骤s4、对所述焊剂覆盖区域执行连通域分析，提取边界极值坐标，进而计算出焊剂的铺设宽度w与铺设高度h；

20、步骤s5、依据圆周重力倾角θ、管路压力p、焊剂铺设宽度w及焊剂铺设高度h，并结合当前焊接姿态来调整流体比例阀的开度；其中，若圆周重力倾角θ对应平焊工况，则保持基准流量和负压不变；若圆周重力倾角θ对应立焊工况，则增加正压输送流量；若圆周重力倾角θ对应仰焊工况，则增强回收负压；

21、步骤s6、判定圆周重力倾角θ、管路压力p、焊剂铺设宽度w及焊剂铺设高度h是否位于其对应的预设工艺区间内；若数值超出设定范围，则调整正压输送单元和负压回流单元的流体比例阀开度；若数值在范围内，则维持上述单元当前的流体比例阀开度。

22、在一实施方式中，步骤s3中具体包括以下处理步骤：

23、计算机主机在采集的图像中界定感兴趣区域roi，对该roi图像执行灰度化处理及双限阈值分割，从而获取焊剂粗分区域；

24、对所述焊剂粗分区域实施形态学闭运算，以连接颗粒间的断裂处并填充孔洞，进而得到连续且连通的焊剂覆盖区域；

25、对该焊剂覆盖区域进行连通域标记，并依据面积与位置约束剔除孤立区域，从而锁定最大核心区域。

26、在一实施方式中，步骤s4具体包含以下子步骤：

27、针对锁定的焊剂覆盖区域，应用平行轴外接矩形算子以提取边界极值坐标，从而获取最小行坐标、最大行坐标、最小列坐标及最大列坐标；

28、基于相机离线标定所得的像素-物理转换系数，将像素跨度换算为物理尺寸，进而计算出焊剂的铺设宽度w与高度h。

29、在一实施方式中，步骤s6中，若数值超出设定范围，则调整正压输送单元和负压回流单元的流体比例阀开度，包括以下调节方式：

30、当w小于预设下限时，增大正压输送单元的输送气流或降低负压回流单元的回收负压；当w大于预设上限时，降低正压输送单元的输送气流或提高负压回流单元的回收负压；

31、当h小于预设下限时，增加正压输送单元的焊剂输入；当h大于预设上限时，增强负压回流单元的回收或降低正压输送单元的焊剂输入；

32、当p超出预设范围时，调节正压输送单元和负压回流单元的流体比例控制阀的开度，使管路压力恢复至基准范围。

33、本发明的技术方案通过焊剂盒的设置能够在焊接装置的输出端上形成有焊剂保护腔，焊剂保护腔连接正压输送单元和负压回流单元，在实际的焊接过程中，能够通过正压输送单元和负压回流单元的配合维持焊剂保护腔内的焊剂压力稳定，并且为了配合不同的焊接工况（平焊、立焊、仰焊），在焊剂盒对应于正压输送单元和负压回流单元的两端部位置处均设有通气孔，在焊接工况转换的过程中，通气孔能够配合正压输送单元和负压回流单元的输送调节过程，以保持整个焊剂保护腔内的压强稳定，进而提升焊接过程中的质量。并且，在此基础上，整个焊接系统利用倾角、压力和视觉形态特征对流体比例控制阀进行闭环调节，使焊剂层宽度、高度和管路压力始终趋于最佳工艺范围，从而提高管道全位置埋弧焊的连续性、稳定性和自动化水平，并降低漏埋、夹渣、气孔以及熔池扰动等缺陷发生的风险。