旋转电弧脉冲GMAW焊的信号处理

针对旋转电弧脉冲GMAW焊,提出了一种新的信号处理方法,在硬件电路上设计了截止频率为250 Hz的有源二阶低通滤波器进行滤波,有效地滤除了电弧传感信号中的干扰和噪声,并对电流信号采用提取包络线的极值滤波法进行滤波,结合有限削波处理.从而得到焊缝的偏差信息.     

基于MSPC方法的GMAW在线监测

熔化极气体保护焊(GMAW)广泛地应用于自动焊中，其焊接过程在干扰存在的情况下易产生焊接质量问题，因此，自动焊中焊接质量的在线监测已成为制造业中亟待解决的问题之一。为实现焊接产品质量的“零缺陷”及生产过程质量监测的目标，采用电弧传感获取的电信号，从单变量统计过程控制的应用结果出发，提出了把多变量统计过程控制(MSPC)应用于GMAW过程的在线质量监测。并在自我开发的一套在线监测系统上，通过试验验证了MSPC方法的可行性。     

旋转电弧传感理论数学模型研究及展望

旋转电弧传感器是焊缝自动跟踪系统中的关键部分,建立精确系统数学理论模型是准确识别焊炬姿态和焊缝左右偏差的前提。详细讨论了焊接电源、焊丝干伸长、焊接电弧、接头几何形状等关键因子对模型的影响,阐述了现有旋转电弧传感GMAW焊接系统数学理论模型的基本思路,提出进一步提高模型精度的改进策略,为获得更精确的旋转电弧传感数学理论模型打下基础。     

GMAW熔滴过渡过程稳定性自相关分析

检测了熔化极气体保护焊(GMAW)中焊接电流和电弧电压大小等参数特征,利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,分析GMAW熔滴过渡过程的稳定性与参数关系,判断焊接电流和电压是否具有周期性.阐述焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,并对焊接电流和电压信号进行自相关分析,获得信号时域的周期和方差等特征信息,直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性.     

基于电弧传感的GMAW过程焊缝缺陷识别方法

ＣＯ２气体保护焊广泛应用于自动焊及机器人及机器人焊接领域,其过程中焊接质量的自动测是目前工业界亟待解决的问题。而基于电弧传感（ｔｈｒｏｕｇｈ－ｔｈｅ－ａｒｅ ｓｅｎｓｉｎｇ）信息的监测研究,由于其特有的优势得到了越来越多的关注。本文提出一种在ＣＯ２气体保护焊过程中对焊缝摧残的自动测方法。该方法基于对电弧传感信号特征的撮通过采用自组织特征映射（ＳＯＭ）神经网络对信号分类,在焊接过程中在线识别焊缝缺陷     

GMAW焊高速旋转电弧传感信号特征分析

电弧传感直接使用焊接电信号进行焊缝跟踪,旋转电弧还可用于改善焊缝成形,具有重要的应用价值.基于气保护熔化极焊接(GMAW)的数学模型以及焊丝端部的运动学模型,对旋转电弧传感的电流信号进行了模拟.在不同焊接参数下进行了焊接试验,采集了电流波形.结果表明,数值模拟结果与实际焊接电流波形吻合.电弧传感电流波形左右半周的不对称性与焊炬偏差成正比.电弧旋转频率越高,电流变化幅度越小.旋转半径越大,电流波形的不对称性越明显.研究结果对于高速旋转电弧传感系统的设计具有指导意义.     

基于电信号多元统计的GMAW焊接质量分析方法

为了分析在不同干扰因素下的焊接过程信息与焊接质量的联系,应用德国汉诺威焊接质量分析仪和采集系统对GMAW焊接过程的电信息进行采集,通过对电流电压PDD曲线和短路时间CFD曲线的分析,再用聚类分析的方法对反映不同焊接过程的特征信息和五维统计矢量进行处理.实验结果表明,用多元统计的方法可以准确判断出焊接过程中不同干扰因素对焊接质量的影响.     

摆动电弧传感的窄坡口GMAW过程系统建模和仿真

为了研究窄坡口对焊接过程的影响规律,根据焊接的能量平衡和熔滴平衡等原理对基于摆动电弧传感的GMAW系统进行数值仿真. 针对焊炬高度的大小随着焊炬在坡口中的摆动不断变化,建立了包括焊炬摆动、电弧长度、电弧非线性负载及弧焊电源-电弧四个子系统的数学模型. 并将此数学模型转换为Matlab/simulink环境下,涵盖整个焊接回路的GMAW系统动态特征仿真模型. 结果表明,当焊接工艺参数相同时,运行系统仿真模型,可以获得和实际焊接试验基本相同的电流、电压波形数据.     

环境压力对GMAW电弧电离度的影响

电离度是表征电弧特性的重要指标之一,借助电离度来分析高压GMAW焊接过程,为高压GMAW焊接过程稳定性问题研究提供了一个新的视角. 采用光谱仪测试高压GMAW电弧空间点的光谱数据,使用Boltzmann法和Saha热电离公式计算出测量点的电弧电离度,从而获得高压GMAW电弧电离度的分布特征及其随环境压力的变化特性. 结果表明,随着环境压力增大,高压GMAW电弧电离度呈明显下降趋势,高压GMAW电弧电离度的减小意味着电弧空间中起导电作用的带电粒子比例减小,维持电弧稳定燃烧的难度增大,电弧稳定性下降. 另外,焊接电流增大有助于提高高压GMAW焊接过程的稳定性.     

间隙对GMAW立焊熔滴过渡的影响及温度场特性

采用高速摄像采集系统对间隙存在及变化时GMAW摆动电弧立向上焊焊接过程中的熔滴过渡行为实时图像进行采集,分析了熔滴过渡行为对电弧质量和焊接过程的影响,结合电弧质量分析仪采集的焊接电流、电弧电压概率曲线图对试验结果加以验证和补充解释,最后通过有限元数值模拟技术对GMAW立向上焊接过程数值模型进行建立,并对瞬态焊接温度场进行验证和分析. 结果表明,随着间隙的出现及尺寸的增加(0 ~ 4 mm范围内),GMAW立向上焊熔滴过渡形式由短路过渡向特殊的滴状过渡发展,模拟结果说明GMAW立向上焊热影响区具有较大的温度梯度特性.     

Kohonen神经网络在熔化极气体保护焊接质量监测中的应用

通过测得的熔化极气体保护焊（GMAW）过程中的电参数，利用Kohonen神经网络，直接依据不同焊接工艺条件下焊接电压和焊接电流的概率密度分布（PDD）曲线以及短路过渡时间和燃弧时间等的时间频数分布（CFD）曲线，可以自动识别焊接过程中的各种干扰信号，从而实现焊接质量监测。实验验证了该方法的可行性。     

熔化极气体保护焊的直接自适应控制

焊接电流和电弧长度是熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的主要状态变量,决定了熔滴的过渡过程、热量输入和焊缝成形.文中在分析GAMW焊接工艺过程的基础上,建立了焊接电流和电弧长度的数学模型,采用基于二次型性能指标的直接自适应控制算法,通过调节焊接电源输出电压和送丝速度的大小,使焊接电流和电弧长度能跟踪参考模型的输出.同时,针对实际应用中难以检测的电弧长度,建立了电弧长度估计模型,实现了对电弧长度的软测量.结果表明,该算法可以实现弧长和电流的精确控制.     

基于独立元分析的GMAW缺陷在线监测

采用独立元分析(ICA),用于气体保护焊过程在线监测.通过对过程的电参数进行独立元分析,去除焊接电流和电弧电压之间的相关性并提取出独立元.通过试验验证ICA对GMAW过程在线监测的可行性,发现当焊接过程有突变性干扰时,独立元(IC)能够对干扰做出反应.结果表明,IC可以作为表征过程是否异常的一个状态变量,通过对IC进行统计过程控制,能够分离出焊穿缺陷.并将ICA与主元分析(PCA)的结果进行了比较.     

镀锌板单旁路耦合电弧GMAW高速焊接方法

为了解决镀锌板上锌层易受热烧损,无法使用大电流MIG焊接方法进行高速焊接的问题,采用了一种低热输入高效率的焊接方法——单旁路耦合电弧GMAW(DE-GMAW)用于镀锌板的焊接。搭建了该焊接方法的试验平台,对镀锌板堆焊和搭接接头的高速焊接方法进行试验研究。结果表明,通过调整旁路电流值,单旁路耦合电弧GMAW方法降低了镀锌板上的焊接热输入,并可以在大电流和高焊速的条件下实现镀锌板堆焊和搭接接头的焊接,所得焊缝成形良好,母材变形小,焊接过程稳定无飞溅。焊后镀锌层的烧损与同等热输入条件下的普通MIG焊相比明显降低,保证了镀锌板焊后的耐腐蚀性能。     

Hybrid Laser-GMAW Welding of High Strength Quenched-Tempered Steels

High-strength quenched and tempered (HSQT) steels have been widely used in structural applications where light weight is of primary design interest.Gas metal arc welding is a common way to join QT steels.When GMAW is used to join the HSQT steel,multi-pass is usually required to achieve full penetration.In addition,weld crack is often observed because of HSQT steel’s high susceptibility to hydrogen embrittlement.In addition,due to the large amount of heat input from the arc,the heat affected zone is often softened.This reduces the ductility and strength of welds and makes the weld weaker than the base metal.In this study,a hybrid laser/GMAW process is proposed to produce butt joint for 6.5mm thick HSQT A514 steel plate.Hydrogen diffusion mechanism is first discusses for GMAW and hybrid laser-GMAW welding processes.Metal transfer mode during the hybrid laser/GMAW welding process is also analyzed.A high speed CCD camera with 4000 frame/second is used to monitor the welding process in real time.Welds obtained by GMAW and hybrid laser/GMAW techniques are compared and tested by static lap shear and dynamic impact.Effects of gap between two metal plates and laser beam/GMAW torch spacing on weld property are studied.By appropriately choosing these two parameters,crack-free butt joints with full penetration can be successfully obtained by the hybrid laser/GMAW welding process for HSQT A514 steel plate.     

A study on the application of ICA to GMAW

A novel method, independent component analysis （ ICA ） , is introduced to gas metal arc welding （GMAW） process monitoring. ICA was applied to arc signals, i. e. welding current and arc voltage, to remove the correlation between them and extract an independent component IC. Two series of robotic GMA W experiments were carried out to study the feasibility of ICA for online monitoring. It was found that IC put up an abnormity when there was a step disturbance in the welding process. Experimental results showed that the IC could be used as a state variable representing the process variation. By applying statistical process control （SPC） for the obtained IC, a burning-through defect was isolated from the normal operation. The comparison between ICA and principal component analysis （PCA） was also made for the processes, which led to an interesting result and was in need for further study.     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

不同参数下GMAW电信号关联维数分析

GMAW焊接过程的非线性决定了其混沌特性,关联维数是对动力系统混沌特性进行定量分析的主要指标.文中采用相空间重构方法,通过计算关联维数,对GMAW焊接过程中电流信号时间序列进行分析;并改变焊接电压、焊接电流、气体流量等工艺参数,研究不同参数下弧焊过程的混沌特性.结果表明,GMAW焊接过程的混沌现象,不仅存在于短路过渡当中,也存在于滴状过渡中.在此基础上,进一步研究了关联维数随焊接参数的变化规律,认为关联维数可作为焊接过程稳定性评价的依据,即关联维数越小,焊接过程越稳定,焊接工艺参数越优化.上述判据对焊接工艺参数选择的工艺优化试验,焊接过程稳定性监控提供了混沌判识的理论基础.