Bayesian decision-based pattern recognition on spectrum signal of metal transfer modes

0IntroductionThe metal transfer mode of metal gas arc welding(MIG,MAG,CO2)is usually recognized according to arcform,dropletshape and size by using high-speed photogra-phy method.In order to obtain the ideal transfer mode,standard parameters are always set in force based on prac-tical experience.How to recognize the transfer mode dur-ing the welding process is the question aroused much atten-tion.The shortcoming of using electronic signal lies that itis limited to certain kind of transfer …     

焊接电弧光谱信息模式识别软件的开发

采用模式识别方法,用Visual Basic开发了一套熔滴过渡光谱信号模式识别软件系统.根据熔滴过渡与光谱信号的对应关系,以及光谱信号波形的几何特征,抽取了多个关键性的特征参数.基于统计模式识别的Bayes决策理论,建立了相应的识别函数和最小距离法分类器.判别结果表明,利用该系统能够较好地对MIG,MAG和CO2焊熔滴过渡类型进行自动识别,为实现熔化极气体保护焊熔滴过渡自动控制奠定了基础.     

熔滴过渡类型光谱信号自动识别软件系统

根据模式识别原理和方法,在Windows环境下以Visual Basic为开发语言,成功地开发了一套熔化极气体保护焊（MIG、MAG、CO2）熔滴过渡模式识别软件系统,通过试验在特征谱线下,采集了大量熔化极气体保护焊五种熔滴过渡光谱信号波形。该软件系统根据熔滴过渡与光谱信号的对应关系,以及溶化极气体保护焊五种熔滴过渡的光谱信号波形的几何特征,经数据的预处理,创造性地抽取了多个关键性的特征参数,建立了相应的识别函数和最小距离法分类器,结果表明,利用该系统较好地对MIG、MAG和CO2焊熔滴过渡类型进行自动识别,具有较高的准确性和识别精度,为实现熔化极气体保护焊溶滴过渡自动控制提供了信号处理基础。     

熔滴过渡光谱信号模式识别分类器的设计

以熔化极气体保护焊电弧光谱信号作为样本,设计了一种熔滴过渡模式识别分类器.首先对光谱信号进行预处理并抽取了多个关键性的特征参数,通过降维分析得到一组新的特征向量.随后建立了相应的识别函数和最小距离法分类器.最后利用检验样本对分类器的性能进行了检验和评价.判别结果表明,利用该分类器能够较好地对MIG焊和C02焊熔滴过渡类型进行自动识别,具有较高的准确性和识别精度,为实现熔化极气体保护焊熔滴过渡自动控制奠定了基础.     

熔滴过渡光谱信息的计算机自动识别

利用熔滴过渡光普信息自动识别系统，采集了熔化极氧化保护焊（MIG、MAG、CO2）5种溶滴过渡形式的光谱信号作为样本，采用计算机进行预处理，创造性地提取了多个熔滴光谱信号波形关键性的特征，建立了判别法则和最小距离分类器。结果表明，成功地对各种熔滴过渡形式进行模式识别，并计算出过渡频率、熔滴平均直径等与焊接质量密切相关的参数。     

脉冲电压峰值对双丝脉冲MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

建立了双丝M IG焊工艺试验研究平台,该试验平台主要由Tandem型双丝焊系统、信号采集系统、高速摄像(摄影)系统以及脉冲控制系统等部分组成.在此基础上研究了脉冲电压峰值对双丝脉冲M IG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响.结果表明,前丝脉冲峰值电压对熔滴过渡的影响比较显著.前丝脉冲峰值电压较低时,熔滴过渡形式为射滴过渡,前丝脉冲峰值电压较高时熔滴过渡形式为一脉一滴过渡形式,过大的前丝脉冲峰值电压的熔滴过渡形式为大滴过渡.前丝脉冲峰值电压越高,焊缝熔宽和熔深越大,过高的前丝脉冲峰值电压会导致焊缝表面质量恶化.     

铝合金脉冲MIG焊参数对熔池视觉传感效果的影响

利用建立的铝合金脉冲MIG焊熔池CCD视觉传感系统,通过焊接工艺试验研究了脉冲电流模式、熔滴过渡形式、焊丝伸出长度、焊枪位置和焊接电压等焊接参数对熔池视觉传感效果的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式对视觉传感效果影响最大,在合适的脉冲电流模式下,通过调整焊接工艺参数使熔滴过渡为小颗粒自由过渡,配合短弧焊接既可得到良好的焊缝质量和成形,又可保证视觉传感效果.     

焊接金相组织自动定量识别软件系统

在ＭＳＣ／Ｃ＋＋７．０集成环境下成功的开发了一个焊接金相组织的自动定量识别软件系统（ＷＭＳＱＲＳ）。该系统根据焊接金相组织的灰度特征和几何特征创造性的抽取了多个关键性的特征参数，利用模式识别原理建立了相应的识别函数和最小距离法分类器。利用该能够较好的对低碳钢、低合金钢焊接金相组织进行定量识别分析。其识别的可靠性、准确性和再现性能满足焊接定量金相的要求。这对于建立焊接接头成分、组织性能之间的定量关系     

MIG焊熔滴过渡的电弧光谱信号

获得熔滴过渡的信号是MIG焊熔滴过渡控制的关键,这已成为目前亟需解决的问题。文中介绍了以电弧光谱手段检测熔滴过渡的试验装置、原理和方法。通过试验测试及数据分析发现,通过熔化极电弧的光谱信号可以检测出MIG焊喷射过渡的过渡过程、过渡形式,测量过渡参数。信号幅度大,品质好;不同的过渡形式具有不同的典型信号模式;信号脉冲的形态与熔滴过渡的发展过程具有明确的对应关系。熔化极电弧光谱信号的诸特征可方便地应用于MIG焊熔滴过渡的过程控制、过渡形式的模式识别与稳定化以及过渡参数的测量。     

铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡及电信号分析

文中搭建了三丝双脉冲MIG焊系统,采用高速摄像电信号同步采集系统对焊接过程进行实时监测,研究了铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡行为以及双脉冲频率对焊缝成形的影响. 结果表明,弱脉冲向强脉冲过渡时,熔滴过渡表现为一脉一滴;强脉冲向弱脉冲过渡时,在开始阶段,焊丝发生再引燃,在结束阶段,熔滴过渡表现为两脉一滴;双脉冲频率增加,焊缝鱼鳞纹变密,双脉冲频率为3 Hz时,鱼鳞纹疏密均匀,焊缝成形最佳.     

保护气体成分对双丝旁路耦合电弧GMAW旁路熔滴过渡形式的影响

双丝旁路耦合电弧GMAW的旁路焊枪选择了正极性接法即焊丝接电源负极,旁路熔滴仅依靠重力向熔池过渡,旁路熔滴尺寸较大且过渡过程并不稳定.针对这一问题,采用已建立的双丝旁路耦合电弧焊接过程信号控制与高速摄像采集系统,采集了纯氩气保护时旁路熔滴过渡形式,并分析了旁路熔滴尺寸较大且过渡过程不稳定的原因.在此基础上,采用80% Ar+20% CO₂为保护气体进行了焊接试验.结果表明,焊接过程中,保护气体中的O元素在旁路熔滴表面形成了氧化膜,旁路电弧在旁路熔滴表面的氧化膜上稳定燃烧,从而使电磁收缩力重新作用在旁路熔滴上并促进旁路熔滴向熔池过渡,因此焊接过程中旁路熔滴尺寸明显减小,熔滴过渡过程更加稳定.     

低频相位对双丝双脉冲GMAW熔滴过渡和焊缝成形的影响

为了提高双丝双脉冲熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊缝成形质量,探究低频相位对熔滴过渡和焊缝成形的影响,在高频同步的前提下分别对低频同步和交替模式进行了试验. 通过高速摄影拍摄了低频同步和交替模式的熔滴过渡过程,再结合焊接过程中电流变化,分析了熔滴过渡对熔池的影响机制. 结果表明,交替模式可以减少熔滴的碰撞融合,进而减少大体积熔滴对熔池的冲击,减少了飞溅. 交替模式比同步模式的焊缝平整性更好,余高方差更小,鱼鳞纹规则,焊缝成形美观.     

Neural networks for online prediction of quality in gas metal arc welding

Abstract

Modern welding equipment often features a rather complex operator interface that can make it somewhat difficult, even for an experienced welder, to determine optimum settings for a given welding job. For example, the joint fitup may vary, or some form of unexpected contamination may occur. In addition, in welding tasks for which a procedure has been specified, and in automated welding, changes in welding conditions may mean that some adjustment to the pre-established welding parameters is desirable. With online signal inputs from the welding process, artificial neural networks offer the possibility of providing signals that can be used for control, either indirectly by advising the operator of problems when the system conditions have deviated from satisfactory operation, or by direct feedback control of the welding equipment. This paper reports the development of a prototype which takes arc voltage data as online input, and applies the data to a neural network. The neural network has been trained to output the welding metal transfer mode, and whether the operating regime is satisfactory from the point of view of producing a good quality final weld. Various data preprocessing schemes have been investigated, and it has been found that, with suitable processing, accurate quality prediction is possible for both shortcircuiting and spray metal transfer mode.     

金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

带状电极MAG焊工艺熔滴过渡分析

采用氙灯背光高速摄像系统对带状电极MAG焊的熔滴过渡进行了研究.试验发现,随焊接工艺参数的增大,钢带端部熔化变得均匀,由多个熔滴并存转变为只产生一个熔滴.熔滴在长大过程中沿钢带端部移动,过渡位置不定.随焊接参数由小到大变化,熔滴依次呈现短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡等形式.结果表明,射滴过渡是带状电极MAG焊熔滴过渡的主要方式;电流、电压波形与熔滴过渡形式之间有很好的对应关系;由于其特殊的电极形状和熔滴过渡特点,带状电极MAG焊适合大电流高速焊,可以提高焊接效率.     

Interchangeable metal transfer phenomenon in GMA welding: Features,mechanisms, classification

Metal transfer modes in arc welding processes have previously been classified as Natural or Controlled Metal Transfer. Modern laboratory techniques have helped to establish a new transfer classification mode in GMAW of carbon steels, which has been termed Interchangeable Metal Transfer. In order to characterize the new mode, a series of specimens was welded at different combinations of welding current (wire feed speed), arc voltage and gas composition. Laser backlighting techniques and high speed filming were employed to study metal transfer. The video was synchronized with the welding current and arc voltage signals to aid the understanding of the transfer behaviour. The results showed that this new interchangeable metal transfer class is distinguished from the Natural or Controlled Metal Transfer class because of its unique characteristic of periodical changes in the transfer mode induced by changes in welding parameters (a self-sustained behaviour). The characteristic feature of the interchangeable metal transfer class was shown to comprise of two or more natural transfer modes occurring in a regular repetitive sequence. The metal transfer sequence occurs without interference from the operator or the adaptive control system of the power source. Phenomenological explanations based on arc physics are given to justify the main governing factors for the particular metal transfer characteristics.     

不同窗口的电弧光谱信息与焊丝熔滴过渡

用光谱窗口替代光谱仪是实现熔滴过渡电弧光谱信息在线控制的基础。有两种不同的熔滴过渡光谱窗口选择方法：选取以焊丝金属谱线为主的窗口或选取以保护气体元素光谱为主的窗口，不同的光谱窗口所反映的信息不同。通过实际选取这两个窗口，获得了相应的电弧光谱信息，并对这些信息特征进行了分析。结果表明，以焊丝金属谱线为主的光谱窗口光谱信息能很好地反映熔滴过渡过程是因为焊丝金属元素在电弧中的浓度分布直接反映着熔滴过渡，以保护气体元素光谱为主的窗口对电弧中的熔滴过渡反应程度较差是因为保护气体元素粒子浓度只能间接地反映熔滴过渡。要检测电弧熔滴过渡应选择焊丝金属元素谱线密集的光谱波段。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

光谱信息智能控制脉冲焊熔滴过渡

脉冲MIG焊熔滴过渡精确控制是当今焊接界研究的热门课题,采用光谱信号作为熔滴过渡传感信号,利用16倍单处机采集和处理光谱信息,从而对脉冲焊熔滴过渡过程进行了实时控制,利用本文介绍了的脉冲MIG焊光谱控制策略及实际控制方案,保证了1个脉冲过渡1个熔滴的熔滴过渡精确控制的可靠实现。     

CO2焊短路过渡过程的同步多信息分析及试验

采用高速摄像技术记录CO2焊的高速变化的短路过渡物理过程,利用计算机数据采集系统通过传感器采集多路信息,成功的实现了焊接电弧及熔滴过渡影像与电弧电压和焊接电流波形的同步控制,通过对照分析高速摄像所拍的影像和电信号检测法所得的波形关系,获得了所反映的焊接短路过渡过程信息,分析了CO2焊短路过渡过程的物理特征,提出了CO2焊短路过渡过程的不同阶段的合理控制方案,依此方案进行波控实验。实验结果显示,飞溅减少,焊缝成形改善。