不锈钢焊管焊缝检测技术的研究背景

我国的不锈钢焊管生产技术技术、坡口加工技术、现场组对技术与国外有较大差距，由于不锈钢焊管生产技术所导致的管圆度和壁厚的误差，使得管口端面在坡口加工后不在一个圆锥面内。因此，在实际焊接过程中，焊道的方向、坡口的宽度是经常变化的。另外，由于装配误差或者在焊接过程中发生热变形或者机械变形，都容易导致焊缝位置偏离焊机预先编程确定的位置。通常自动焊机并不能发觉这种位置的变化并加以调整，因而，在不锈钢焊管自动焊接过程中，如果不能根据焊道的方向和坡口变化调整焊缝的焊接位置，就不能保证焊接质量。在焊接过程中，保证焊缝能焊在希望连接的位置上，在整条焊缝上都不产生超出焊缝与焊接对缝允许的偏离，直接途径就是设法使电弧的轴线在焊接过程中始终对正并跟踪焊接对缝。由于电弧轴线是由焊机轴线来决定的，因此在焊接时，要使焊机轴线始终对正并跟踪焊接对缝。由此可见，焊缝检测实际上是检测焊机轴线与焊接对缝的偏移以调整焊缝焊接位置。

随着人们对不锈钢焊管的焊缝检测技术研究的加深，逐渐发展了许多检测方法。根据传感方式的不同焊缝检测方法大致分为两大类：接触式和非接触式。接触式是靠一个机械探头与欲焊对缝直接接触来感知焊接对缝并进行跟踪控制。这种方式在不锈钢焊管生产的早期，在一定的焊接产品上获得了成功的应用。但由于受到产品结构、焊接速度和控制精度的限制，在现代焊接技术中，已逐渐被非接触式焊缝检测技术所代替。非接触式方法也有多种，主要有电磁传感式、电弧传感式、光学传感式三大类。电磁传感式由于受电弧热辐射的影响较重，而且在多层焊及无剖口、无间隙焊缝的焊接中应用受到限制，因此在现代焊接技术中也逐渐被其他非接触式检测技术代替。以下就对后两种方法进行简单的介绍。

电弧传感焊缝检测（Through Arc Seam Tracking，简称TAST）方法

利用焊接电弧现象本身（电弧电压、电弧电流、弧光辐射、电弧声等）提供有关电弧轴线是否偏离焊缝的信息，来实时控制焊接电弧始终跟踪焊缝。例如通过焊机在焊接坡口中相对焊缝的摆动所引起的电弧电流的变化，得到摆动电弧的中心是否偏离焊缝的信息。仅当焊机摆动中心对准焊缝时，电弧电流在摆动中心两侧对称变化。因此，利用电弧摆动左右端点的电流差，即可获得电弧轴线是否与焊缝偏离、偏离方向和偏离程度的信息。该方法的优点：电弧自身就是传感器，不需要在焊机附近另加传感器，焊机结构紧凑；便于获得实时跟踪信息；不受弧光、飞溅、磁场等因素干扰。缺点：电弧信号在很大程度上取决于焊接过程本身，必须维持焊接过程稳定；由于焊接电孤本身的特点，电弧信号中也包含着大量的噪声，这些噪声在系统处理反馈信号时容易出现误判断：使用许多变量来优化不同应用场合的跟踪性能，这就使得编程相对困难。

光学传感焊缝检测方法

也称视觉传感或光学一视觉传感焊缝检测方法。这种方法是采用光学器件组成焊缝图像信息传感系统，然后将获取的焊缝图像信息进行识别处理，获得焊机与焊缝是否偏离、偏离方向和偏离量大小的处理结果。根据这个结果去控制执行机构，调节焊机与焊缝的相对位置，消除焊机与对缝的偏离，达到焊机准确跟踪焊接对缝的目的。由于光学传感方法模拟了焊工的眼睛，是直接利用光学方法检测焊接对缝位置，检测的精度和灵敏度都很高，动态响应快，检测到的信息量大。与TAST方法不同，在获取焊缝信息时，光学传感器不需要启动电弧，因此，传感器也可以用于在开始焊缝焊接之前搜寻和定位焊缝的位置。

每一种传感方法都有各自的适用条件和优缺点。其中，光学传感焊缝检测方法应用最为广泛，它除了不干扰、无接触的优点外，还具有检测精度高，光电转换响应时间短，分辨率高，检测到的信息量大等显著的优点，所以得到了很大的发展，是一种很有发展前途的焊缝检测方法。