本发明属于水冷壁管道修复设备技术领域，特别涉及一种基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置。
背景技术：
在火电站领域，锅炉一般采用膜式水冷壁结构(高度方向共4个面，单面高度超过50米，单面宽度超过30米)，利用煤粉的燃烧加热水冷壁中的水，通过产生的高温高压蒸汽推动汽轮机转动，进而推动发电机产生电能。在机组运行过程中，水冷壁表面受到高温烟气腐蚀、表面结垢(结渣)等影响，导致水冷壁厚度减薄或表面产生裂纹，严重时发生爆管，致使机组非正常停机，严重影响机组安全运行。
目前，水冷壁管道的维修一般采用换管修复的方法，利用搭建的脚手架平台或吊篮，首先进行切管，然后采用手工焊的方式完成新管与旧管的焊接，不仅耗费大量的人力、物力，而且换管焊接难度大、进度缓慢；而且一般水冷壁管道的对口焊接需要焊前预热和焊后热处理，操作复杂，对接难度大，成形质量不易控制。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，是一种基于爬壁机器人的gtaw堆焊装置，实现了对水冷壁远程可视化自动gtaw堆焊，利用电弧高度自适应技术和行走示教技术，确保获得高质量的堆焊层，满足现场焊接的实际需要，避免了搭设脚手架或吊篮进行手工换管焊接的问题，同时避免了焊前预热和焊后热处理工序，缩短了工期、降低了焊接修复成本和技术难度。
本发明的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置包括三轴移动平台、焊炬、环境摄像头、熔池监测摄像头、电弧高度自适应模块、弧压采集模块、送丝系统、焊丝位置调整模块和控制系统，
三轴移动平台主要用于焊接机头的整体三轴移动，以及焊接过程中焊接机头的示教行走和焊接行走，包括支架、横向电机、横向移动梁、纵向电机、纵向移动梁、上下电机和上下移动梁，横向电机和横向移动梁实现三轴移动平台的横向移动；纵向电机和纵向移动梁实现三轴移动平台的纵向移动；上下电机和上下移动梁实现三轴移动平台的上下移动，三轴移动平台上面安装有支架，整体通过固定螺栓固定在爬壁机器人本体上；
环境摄像头主要用于对整体环境、位置的观察；整体通过螺栓固定在焊炬上，
熔池监测摄像头主要用于焊接过程中对焊接熔池的观察，确保焊接成形质量；整体通过螺栓固定在焊炬上，
焊丝位置调整模块用于焊丝与焊炬之间相对位置的调整，包括上下距离、内外距离和角度，整体通过螺栓固定在焊炬上，
焊炬用于实际的焊接，在高频脉冲作用下，击穿空气，钨针与水冷壁之间产生电弧，熔化母材和焊丝，完成焊接，
环境摄像头、熔池监测摄像头、焊丝位置调整模块、焊炬整体通过螺栓固定在电弧高度自适应模块上；
电弧高度自适应模块主要包括调整电机、齿轮、齿条、弧压采集模块和电弧高度控制器，整体通过螺栓固定在三轴移动平台的上下移动梁上，电弧高度自适应模块主要用于焊接过程中焊炬(钨针)与水冷壁之间距离的自适应调整，保证焊炬与水冷壁之间距离按照焊接工艺规定的数值保持不变，
弧压采集模块安装于焊炬外侧，主要用于焊接过程中电弧电压的采集，根据弧压采集模块采集到的数值与设定值进行对比，再通过电弧高度控制器驱动调整电机调整焊炬与水冷壁之间距离至焊接工艺规定的数值，
电弧高度自适应原理：焊接过程中，安装于焊炬外侧的弧压采集模块实时采集焊接电压，数据传输到电弧高度控制器，通过与设定值进行对比分析，按照下述的电弧高度算法，电弧高度控制器驱动调整电机对焊炬往上或往下调整，使焊炬与水冷壁之间距离按照焊接工艺规定的数值保持不变，
电弧高度算法公式：电弧电压＝阴极压降 阳极压降 电弧压降*电弧高度；
送丝系统主要包括焊丝盘、送丝机构、焊丝矫正机构，整体通过螺栓固定在三轴移动平台的纵向移动梁上，用于焊丝的矫正和送丝。
行走示教原理：在焊接过程中，为了保证焊炬的移动按照实际焊接需求，防止走偏，焊接前必须进行焊接路径规划，利用x-y二维坐标两点路径算法，通过双轴联动调整，实现实际行走路径按照示教执行。
本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、提供了一种基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，不用搭设脚手架或吊篮，检修成本低、检修工期短、安全风险低；
2、电弧高度自适应模块通过数据采集、算法和执行机构，实现焊接过程中焊炬与水冷壁之间距离的自适应调整，保证了焊接成形质量；同时确保焊炬与熔池不会发生粘连，确保了焊接顺利实施；
3、焊接路径行走示教功能，降低了焊接实施难度，可以确保堆焊焊缝按照实际需要布置，不会出现漏焊或者重复焊接。
附图说明
附图1为本实施例中的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置的立体图；
附图2为本实施例中的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置的二维主视图；
附图3为本实施例中的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置的二维左视图；
附图4为本实施例中的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置的二维俯视图；
附图5为本实施例中的电弧高度自适应原理逻辑图。
其中，1─焊炬，2─环境摄像头，3─熔池监测摄像头，4─电弧高度自适应模块，5─弧压采集模块，6─送丝系统，7─焊丝位置调整模块，8─支架，9─横向电机，10─横向移动梁，11─纵向电机，12─纵向移动梁，13─上下电机，14─上下移动梁，15─固定螺栓，16─爬壁机器人，17─三轴移动平台，18─弧压采集模块，19─焊丝盘，20─送丝机构。
具体实施方式
(1)测试、安装爬壁机器人和水冷壁现场自动堆焊装置：
以爬壁机器人为基础，将水冷壁现场自动堆焊装置中的各部件组装到一起，
手动调节焊丝位置调整模块，确保焊丝位置与焊炬之间的角度、高度和偏移符合焊接工艺要求；手动调节熔池监测摄像头位置和焦距，确保焊接过程中清晰观察熔池，
同时对爬壁机器人及整个水冷壁现场自动堆焊装置进行功能测试，检查其状况，保证能够正常运行，调节三轴移动平台至最高高度，以防爬壁机器人行走时焊接机头与水冷壁发生碰撞。
(2)行走至指定位置：
转运设备至水冷壁人孔，将爬壁机器人和水冷壁现场自动堆焊装置,分别搬运到炉膛内部，组装完毕后，将机器人吸附到水冷壁上面，并挂载安全绳，防止非正常设备坠落。通过观察爬壁机器人自带摄像头和调节遥控器控制爬壁机器人行走至需要焊接部位。
(3)焊接前工作准备：
调整爬壁机器人姿态，使横向移动梁平行于水冷壁管道长度方向。调节三轴移动平台，使得焊接路径落在其行程内。通过观察环境摄像头，调节三轴移动平台上的上下电机，使得焊炬与水冷壁之间的距离符合焊接工艺要求。
通过观察环境摄像头，确定焊接起点a和终点b；打开焊接路径行走示教功能，首先调整机头于a点，按“确定”作为焊接起点，然后调整三轴移动平台上的横向电机和纵向电机，使机头到达b点，按“确定”作为焊接终点。最后调整三轴移动平台上的横向电机和纵向电机到达焊接起点a。
(4)焊接实施：
通过远程焊接手柄，调用焊接工艺数据；然后检查水路和气路；然后启动焊接。
焊接过程中，焊炬与水冷壁之间形成电弧，焊丝不断送入到熔池中，通过熔池监测摄像头可以观察堆焊焊缝成形质量；根据电压数据采集结果，电弧高度自适应模块不断调整机头与水冷壁之间的距离，保证焊炬与水冷壁之间距离按照焊接工艺规定的数值保持不变，以便确保焊接质量。按照焊接路径行走规划，三轴移动平台上的横向移动电机和纵向移动电机不断调整焊接机头位置，保证焊接机头的行走满足实际焊接需求。
第一道堆焊焊缝完成后，不断重复步骤(3)，然后实施焊接，直至焊接完成。
(5)爬壁机器人和水冷壁现场自动堆焊装置返回：
堆焊完成后，调节三轴移动平台至最高高度，以防爬壁机器人行走时焊炬与水冷壁发生碰撞，通过观察环境摄像头和调节遥控器控制爬壁机器人返回人孔附近，关闭机器人电源及控制箱电源，拆除安全绳，最后，将爬壁机器人与水冷壁现场自动堆焊装置拆开，转运出人孔。
1.一种基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，其特征在于：包括三轴移动平台(17)、焊炬(1)、环境摄像头(2)、熔池监测摄像头(3)、电弧高度自适应模块(4)、弧压采集模块(5)、送丝系统(6)、焊丝位置调整模块(7)。
2.如权利要求1所述的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，其特征在于：所述的三轴移动平台包括支架(8)、横向电机(9)、横向移动梁(10)、纵向电机(11)、纵向移动梁(12)、上下电机(13)和上下移动梁(14)，所述三轴移动平台(17)上面安装有所述支架(8)，整体通过固定螺栓(15)固定在爬壁机器人(16)本体上。
3.如权利要求1所述的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，其特征在于：所述环境摄像头(2)、所述熔池监测摄像头(3)、所述焊丝位置调整模块(7)、所述焊炬(1)整体通过螺栓固定在所述电弧高度自适应模块(4)上。
4.如权利要求1所述的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，其特征在于：所述电弧高度自适应模块(4)包括调整电机、齿轮、齿条、弧压采集模块(18)和电弧高度控制器。
5.如权利要求1所述的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，其特征在于：所述的送丝系统(6)包括焊丝盘(19)、送丝机构(20)、焊丝矫正机构，整体通过螺栓固定在所述三轴移动平台(17)的所述纵向移动梁(12)上。
6.如权利要求1所述的基于自适应原理的水冷壁现场自动堆焊装置，其特征在于：所述弧压采集模块(18)安装于所述的焊炬(1)外侧。
技术总结