不銹鋼焊管焊縫檢測技術的研究背景

我國的不銹鋼焊管生產技術技術、坡口加工技術、現場組對技術與國外有較大差距，由于不銹鋼焊管生產技術所導致的管圓度和壁厚的誤差，使得管口端面在坡口加工后不在一個圓錐面內。因此，在實際焊接過程中，焊道的方向、坡口的寬度是經常變化的。另外，由于裝配誤差或者在焊接過程中發生熱變形或者機械變形，都容易導致焊縫位置偏離焊機預先編程確定的位置。通常自動焊機并不能發覺這種位置的變化并加以調整，因而，在不銹鋼焊管自動焊接過程中，如果不能根據焊道的方向和坡口變化調整焊縫的焊接位置，就不能保證焊接質量。在焊接過程中，保證焊縫能焊在希望連接的位置上，在整條焊縫上都不產生超出焊縫與焊接對縫允許的偏離，直接途徑就是設法使電弧的軸線在焊接過程中始終對正并跟蹤焊接對縫。由于電弧軸線是由焊機軸線來決定的，因此在焊接時，要使焊機軸線始終對正并跟蹤焊接對縫。由此可見，焊縫檢測實際上是檢測焊機軸線與焊接對縫的偏移以調整焊縫焊接位置。

隨著人們對不銹鋼焊管的焊縫檢測技術研究的加深，逐漸發展了許多檢測方法。根據傳感方式的不同焊縫檢測方法大致分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式是靠一個機械探頭與欲焊對縫直接接觸來感知焊接對縫并進行跟蹤控制。這種方式在不銹鋼焊管生產的早期，在一定的焊接產品上獲得了成功的應用。但由于受到產品結構、焊接速度和控制精度的限制，在現代焊接技術中，已逐漸被非接觸式焊縫檢測技術所代替。非接觸式方法也有多種，主要有電磁傳感式、電弧傳感式、光學傳感式三大類。電磁傳感式由于受電弧熱輻射的影響較重，而且在多層焊及無剖口、無間隙焊縫的焊接中應用受到限制，因此在現代焊接技術中也逐漸被其他非接觸式檢測技術代替。以下就對后兩種方法進行簡單的介紹。

電弧傳感焊縫檢測（Through Arc Seam Tracking，簡稱TAST）方法

利用焊接電弧現象本身（電弧電壓、電弧電流、弧光輻射、電弧聲等）提供有關電弧軸線是否偏離焊縫的信息，來實時控制焊接電弧始終跟蹤焊縫。例如通過焊機在焊接坡口中相對焊縫的擺動所引起的電弧電流的變化，得到擺動電弧的中心是否偏離焊縫的信息。僅當焊機擺動中心對準焊縫時，電弧電流在擺動中心兩側對稱變化。因此，利用電弧擺動左右端點的電流差，即可獲得電弧軸線是否與焊縫偏離、偏離方向和偏離程度的信息。該方法的優點：電弧自身就是傳感器，不需要在焊機附近另加傳感器，焊機結構緊湊；便于獲得實時跟蹤信息；不受弧光、飛濺、磁場等因素干擾。缺點：電弧信號在很大程度上取決于焊接過程本身，必須維持焊接過程穩定；由于焊接電孤本身的特點，電弧信號中也包含著大量的噪聲，這些噪聲在系統處理反饋信號時容易出現誤判斷：使用許多變量來優化不同應用場合的跟蹤性能，這就使得編程相對困難。

光學傳感焊縫檢測方法

也稱視覺傳感或光學一視覺傳感焊縫檢測方法。這種方法是采用光學器件組成焊縫圖像信息傳感系統，然后將獲取的焊縫圖像信息進行識別處理，獲得焊機與焊縫是否偏離、偏離方向和偏離量大小的處理結果。根據這個結果去控制執行機構，調節焊機與焊縫的相對位置，消除焊機與對縫的偏離，達到焊機準確跟蹤焊接對縫的目的。由于光學傳感方法模擬了焊工的眼睛，是直接利用光學方法檢測焊接對縫位置，檢測的精度和靈敏度都很高，動態響應快，檢測到的信息量大。與TAST方法不同，在獲取焊縫信息時，光學傳感器不需要啟動電弧，因此，傳感器也可以用于在開始焊縫焊接之前搜尋和定位焊縫的位置。

每一種傳感方法都有各自的適用條件和優缺點。其中，光學傳感焊縫檢測方法應用最為廣泛，它除了不干擾、無接觸的優點外，還具有檢測精度高，光電轉換響應時間短，分辨率高，檢測到的信息量大等顯著的優點，所以得到了很大的發展，是一種很有發展前途的焊縫檢測方法。