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.     

MIG焊电弧声ICA信噪分离技术

MIG焊接过程中,电弧声信号极易受到环境噪声的干扰,从而破坏电弧声信号的能量特征,为此去除噪声成为有效利用电弧声信号的前提.文中以环境语音噪声为例,将相互独立的无干扰电弧声信号和语音信号线性组合成两组随机观测信号,再应用独立分量分析(independent component analysis,ICA)的快速固定点算法(fast fixed-pointalgorithm)进行分离,最后对源信号和分离后信号的时域、频域进行对比分析.结果表明,ICA在分离被环境噪声污染的电弧声信号上是可行的,为后续电弧声信号特征分析提取以及利用电弧声来监控焊接质量提供技术基础.     

管道MIG焊双通道电弧声信号采集与特征分析

对管道MIG焊双通道信号采集和特征分析做了初步研究．因管道其内部是一个相对狭小密闭的空间,回声的干扰相对较大,经过对采集的双通道电弧声信号进行ICA信号分离,对分离后的信号做小波降噪处理,信噪比得到明显提高．对降噪后的信号从时域、频域和时频域角度,综合分析管内和管外电弧声信号与焊缝熔透状态之间的内在相关性,发现电弧声信号能量及其频谱特性与熔透状态高度相关,焊接过程中信号能量幅值随熔透增大而增大,为后续利用电弧声信号来控制焊接质量提供了基础．     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于独立分量分析的点焊特征声音信号提取

采用独立分量分析的方法和传感器阵列技术对点焊声音信号进行了研究,建立了点焊声音信号独立分量分析算法.采用8个传声器阵列,同时对点焊过程中的声音信号进行了测量,获得了比单传感器丰富的点焊信息.计算了这些声音信号的峰度系数,确认其为非高斯型,满足独立分量分析的要求,并对其进行独立分量分析.结果表明,基于FastICA算法的独立分量分析可以从叠加噪声中分离出点焊过程信号源,且效果明显,为深入分析点焊过程提供了一个新的技术手段,并且该算法可以应用于其它焊接方法中.     

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.     

高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析

交流热丝GMAW工艺是一种高效焊接工艺,其主弧为传统GMAW电弧.填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路,交流脉冲预热电流流经该回路,产生电阻热并预热填充焊丝.当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后,在液态金属作用下迅速熔化.进行了高效热丝GMAW工艺的试验研究,找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参...     

Determining the boundaries of globular-to-spray transfer in robotic GMAW

Robotic gas metal arc welding （GMAW） experiments were conducted using an ERTOS-1 electrode with Ar ＋ 10% CO2 shielding gas, and the welding current and arc voltage signals were collected by a data acquisition system. The boundaries between globular transfer and spray transfer in terms of the welding current and arc voltage were determined according to the waveform of electric signals and the Fourier transform results of arc voltage. The optimum welding parameters for the two transfer modes were obtained, which laid a foundation for the numerical simulation and control of GMAW process.     

Some phenomena and features of the component distributions in welding arc

Ｓｏｍｅｐｈｅｎｏｍｅｎａａｎｄｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇａｒｃ￥ＳｏｎｇＹｏｎｇｌｕｎ（ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ）Ａｂｓｔｒａ...     

GMAW焊接熔池形状和表面变形的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual For-tran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接熔池形状和熔池自由表面变形的动态演变,并进行了对比试验.基于数值模拟和工艺试验结果,可以看出达到宏观准稳态时计算所得的焊缝形状尺寸与试验结果基本吻合,因此验证了所建模型和采用的计算方法是正确、可靠的.     

铝合金Plasma-GMAW-P复合焊接电弧特性及熔滴过渡行为

研究了Plasma-GMAW复合焊接过程中的电弧特性以及熔滴过渡行为。结果表明,不同电流的等离子弧通过改变GMAW电弧的导电以及受力状态来影响GMAW电弧形态以及熔滴过渡行为。等离子弧电流较小时,GMAW电弧的等离子流效应对GMAW电弧形态影响显著,基值时期的GMAW电弧基本沿焊丝轴线燃弧,峰值时期由于在焊接方向上同时受到方向相反的2个力而被压缩,熔滴所受的等离子流力以及等离子流力垂直向下的分力因此增加,对熔滴过渡的促进作用增强,熔滴更易从焊丝脱落。等离子弧电流增加,氛围中金属蒸气增多,电荷流效应对GMAW电弧的影响增强,基值时期GMAW电弧偏向等离子弧方向燃弧,由于焊接电弧存在热惯性,MIG电弧在峰值时仍偏向等离子弧,熔滴所受等离子流力垂直向下的分力因此减小,熔滴脱离焊丝的时间增加。     

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.     

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.     

基于串热源及CCT图的GMAW焊接热影响区组织及硬度预测

将熔化极气体保护焊（GMAW）的热输入处理为三维移动串热源,建立了串热源模型,模拟了JG590低合金钢的GMAW焊接热过程,进行了JG590钢的GMAW焊接工艺实验,通过焊缝横截面熔合线的几何形状以及焊接接头的几何尺寸对所建模型进行了实验验证,分析评价了目前常用的ts／5计算公式,利用JG590钢GMAW焊接热过程的模拟结果,结合其连续冷却组织转变图（CCT图）,成功预测了焊接热影响区（HAZ）的组织及硬度．     

基于LabVIEW的焊接过程多信息分析平台

基于焊接多信息同步采集系统,采用LabVIEW图形化语言,以熔化极气保焊的焊接电流、电弧电压、电弧光谱为信号源,构建了包括电信号参数设置、电信号数据分析模块、光信号参数设置与自动选择、光信号数据分析的焊接过程多信息分析平台。可实时显示焊接电流波形、电弧电压波形、电弧辐射光谱等;系统还通过数据分析处理得到U-I相图、焊接电流和电弧电压概率密度、短路时间频次图、电弧辐射光强与波长对应图、计算焊接温度的玻尔兹曼图等,通过上述信息分析,检测电弧状态和信息,可用于焊接过程诊断和焊接电弧物理研究等。     

电弧热流分布模式对GMAW焊接温度场的影响

提出了ＧＭＡＷ熔池表面产生较大变形时的电弧热流分布模式,以此为基础并考虑熔滴过渡过程及焊缝余高,建立了焊接温度场的数值分析模型,通过数值模拟,定量分析了焊接工艺参数－ＧＭＡＷ熔池表面变形－电弧热流分布－熔池形态及其温度是之间的相互影响。焊接工艺试验结果,与高斯热源模型相比,采用本文给出的ＧＭＡＷ电弧热液分布模型的计算结果更符合实际。