基于电弧声的超窄间隙焊接熔合状态识别

超窄间隙焊接坡口深而窄,极易产生电弧攀升风险,导致底部侧壁出现熔合不良现象.针对焊剂片约束电弧超窄间隙焊接熔合状态难以在线监测的问题,提出一种基于电弧声的底部侧壁熔合状态识别方法.建立超窄间隙焊接过程电弧声信号采集系统,在分析电弧声产生机理和人耳辨识行为的基础上,提取有效表征焊接过程的短时能量、平均振幅、Moore响度、梅尔倒谱系数及其一阶、二阶差分等特征参量,基于粒子群优化最小二乘支持向量机的方法(PSO-LSSVM)建立超窄间隙焊接底部侧壁熔合状态识别模型.研究结果表明,此方法可以实现未熔合、临界熔合及熔合良好三类状态的识别,准确率可达91.7％,为超窄间隙焊接熔合状态的在线监测提供了一种新的途径.     

基于遗传小波神经网络MIG焊熔透状态模式识别

通过对已有的人工神经网络、小波分析、遗传算法的建模方法进行组合利用并加以改进,建立了基于电弧声信号特征的MIG焊熔透状态诊断网络模型.声波信号经小波去噪和小波包频带能量特征提取后,作为小波神经网络模型的输入特征向量,网络训练中采用具有全局优化能力的遗传算法动态修改网络结构和参数,避免了神经网络训练速度慢、容易陷入局部极值的缺点,从而完成数据挖掘和复杂的非线性建模功能.结果表明,将网络模型用于熔透状态诊断,证实了方案的可行性和有效性.     

MIG焊不同熔滴过渡状态的电弧声响度分析

针对MIG焊不同熔滴过渡状态的识别问题,提出基于Moore响度模型的电弧声分析方法。首先对不同熔滴过渡状态下的电弧声信号及其功率谱密度进行分析,发现不同熔滴过渡形式的电弧声信号能量和频率分布各有不同。根据Moore响度模型能综合反映声波振幅大小、频率及时间特性的特点,建立了电弧声Moore响度模型,获得了不同熔滴过渡状态下的电弧声信号Moore响度曲线。结果表明,不同熔滴过渡状态的电弧声具有明显不同的响度特征,为MIG焊熔滴过渡稳定性实时检测提供了一种有效手段。     

MIG焊熔透电弧声小波包频带能量特征提取

焊缝熔透状态的监控对焊接过程质量控制和自动化生产的实现具有重要意义,为此建立了M IG焊熔透电弧声试验系统.通过分析射滴与射流过渡电弧声频谱特征,设计了一套针对电弧声频带能量特征提取的流程.首先对焊接过程拾取的电弧声进行小波降噪;其次采用小波包移频算法进行电弧声频带提取,消除了经典小波包迭代算法由于小波包分解过程中的隔点采样而产生的频率混叠现象;然后计算频带能量并构造其特征向量.结果表明,所提取的频带能量特征能较好的反映焊缝熔透状态,为后续基于电弧声的熔透诊断奠定基础.     

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．     

基于熔池视觉特征的铝合金双丝焊熔透识别

熔透是焊接质量的重要评价指标之一,铝合金对焊接工艺敏感性较高,容易出现熔透不均匀情况.试验利用近红外视觉传感方法获取了铝合金单面焊双面成形焊接过程中未熔透、熔透和过熔透三种情况下的清晰熔池图像,通过图像处理获得了准确的熔池轮廓,定义并提取了熔宽、半长、面积、周长和抛物线系数等能反映熔透状态的熔池特征参数,建立了基于BP神经网络的铝合金双丝焊熔透识别模型.结果表明,5-13-3结构的BP神经网络对熔透状态识别的正确率最高,达到89.05%.     

电弧声与铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡的相关性

对铝合金脉冲MIG焊过程中电弧声信号与熔滴过渡之间的相关性进行了研究.建立了焊接电弧声信号的计算机采集系统,在此基础上分别利用小波去噪、功率谱密度分析和ARMA(auto regressive and moving average,自相关滑动平均模型)双谱估计等信号处理方法对不同熔滴过渡方式下的电弧声信号进行了分析.三种方法的分析结果均表明熔滴过渡为短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、和射流过渡时焊接电弧声具有不同的特征,证明利用电弧声能够对铝合金脉冲MIG焊过程中出现的不同熔滴过渡进行有效地区分.为铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡稳定性实时控制和检测提供了一种有效的手段.     

焊接工艺

熔焊 MIG焊电弧声信号与熔透状态相关性／刘立君…／／机械工程学报．-2010,46（14）：79—84 电弧声作为焊缝熔透状态监控的潜在源信号,对焊接过程质量控制和自动化生产的实现具有重要意义。以MIG焊平板对接射流过渡过程中产生的非平稳电弧声信号为研究对象,采用小波变换技术取得了良好的信噪分离效果,达到有效抑制噪声目的。     

基于L1/L2极限学习机的熔池熔透状态识别

针对电弧焊熔池变化过程中非线性因素导致的熔透状态识别准确率低的问题,利用极限学习机（ELM）网络框架,提出一种基于L1/L2范数约束的ELM熔透状态识别模型.通过高速视觉传感系统获取熔池图像,利用主成分分析来进行特征提取.采用结构简单、训练简便的ELM算法来训练熔透识别模型,并利用L1范数约束抑制ELM输出权重中的异常值以改善ELM算法的泛化能力,同时利用L2范数约束来平滑ELM输出权重以获取熔池图像中的团块特征,提高熔池熔透状态的识别准确率.结果表明,基于L1/L2-ELM的熔透状态识别模型能够快速有效地判别熔池的全熔透、未熔透、过熔透三种状态.     

基于声发射多特征融合的搅拌摩擦焊缺陷监测

搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)是一个多物理场耦合过程,焊接过程中声发射信号与焊接缺陷具有关联性. 基于声发射检测与多特征融合研究FSW缺陷监测方法,实时检测固态介质中的声发射信号,利用短时傅里叶变换、小波变换、梅尔频谱对声发射信号进行分析,确定焊接缺陷与声发射信号之间的相关性,最后通过concat融合方法构建多特征向量. 结果表明,FSW在预制缺陷处具有不同的声发射信号特征. 短时傅里叶、小波变换的主要频段集中在20 kHz,出现缺陷时功率分别达到?40,0.8 dB以上,梅尔频谱的主要频段集中在3.5 kHz出现缺陷时功率达到?40 dB以上. 应用多层神经网络分别建立基于单特征、多特征向量的焊接缺陷识别模型,多特征向量的焊接缺陷识别模型在数据集中的平均识别率达到97%,比基于单一特征缺陷识别模型提高18%. 研究的多特征缺陷识别模型能更准确地对焊接状态进行识别与监测.     

基于人工神经网络的Q235焊缝强韧性预测

采用正交试验L9(34)设计Q235钢的机器人焊接试验次数及焊接参数,通过拉伸试验和低温冲击试验分别获取9组焊缝抗拉强度和冲击吸收能量样本数据,并进行归一化处理;通过Matlab工具箱函数分别建立BP网络、RBF网络和Elman网络,在尝试性学习训练和泛化验证的基础上确定各网络的最佳结构及主要参数,即BP网络结构确定为3×10×2,RBF网络spread值设为2.4,Elman网络隐含层神经元数设为25个,进而比较分析和研究3种网络模型对Q235钢焊缝强韧性的预测精度和应用效果。结果表明,BP,RBF及Elman神经网络的平均相对误差均低于10%,可用于焊缝的强韧性预测,尤其对焊缝抗拉强度的预测精度相对较高;在样本条件下,相比于BP和RBF网络,Elman网络更加稳定,预测精度更高,综合预测效果最佳,对焊缝抗拉强度和冲击韧性的趋势性预测较为有效,能够反映焊缝强韧性的实际变化规律和趋势;引入机器人焊接和射线检测方法,提高样本数据的准确性和代表性,从而提高神经网络的预测效果。创新点：(1)比较BP,RBF及Elman神经网络对Q235钢焊缝强韧性的预测精度和效果。(2)采用机器人焊接、射线检测及正交试验,提高样本数据准确性和代表性。     

用电弧声信号监测GMAW焊丝干伸长的SVM模型

为了探索电弧声在焊接质量监控中的应用途径,在对短路过渡GMAW电弧声信号频谱分析的基础上提出电弧声道概念,认为声道是受焊接参数、电弧形态等众多因素影响的分布参数系统.电弧声的LPC(线性预测)模型是声道传输特性的一个参数化估计.电弧声频谱与焊丝干伸长密切相关,但呈现出高度复杂性和非线性.利用电弧声LPC预测系数和反射系数构造输入向量,建立了支持向量机(SVM)的焊丝干伸长分类模型.训练和测试结果表明,采用不同形式核函数的SVM(支持向量机)分类器均能实现干伸长的正确分类,其性能明显优于相同条件下的RBF(径向基函数)神经网络分类模型,小样本情况下仍具有较好的推广能力.其中,用反射系数作为输入向量训练三次多项式核函数的SVM分类器性能最优,测试正确率在98%以上.据此认为,利用LPC分析提取电弧声的特征向量,建立SVM模型是一种焊接动态参数监控的可行方法.     

基于信号特征提取的电阻点焊质量在线评判

以焊点接头强度作为焊点质量评判的指标,通过对点焊过程焊接电流、动态电阻、电极位移信号的同步采集和特征分析,提取若干特征参量监测点焊过程,依据特征参量与焊点接头抗剪强度间的相关分析结果,选取来自不同监测信号的7个特征参量建立了表征点焊过程的特征模式,并将此转化为计算机可以识别的模式矩阵,同时以焊接电流参数为模式分类的依据,建立不同模式矩阵类别和焊点接头抗剪强度之间的映射,将模式矩阵作为Hopfield神经网络的记忆样本存储于网络,利用网络联想记忆的功能实现对未知样本点焊过程的模式识别,进而实现点焊质量的评判。网络测试结果表明,利用Hopfield网络进行焊点质量在线评判可以得到满意的效果。     

基于径向基神经网络焊接接头力学性能预测

利用径向基神经网络建立了TC4钛合金,TIG焊焊接工艺参数与接头力学性能关系的网络模型.训练模型使用了27组数据,并对另外9组数据进行仿真.结果表明,以焊接电流、焊接速度和氩气流量作为网络输入参数,利用所建的模型能够对该焊接接头抗拉强度、抗弯强度和断后伸长率进行较为准确的预测.通过与常用的标准BP神经网络模型比较发现,径向基网络相对于BP网络预测精度有了大幅度的提高,克服了BP网络训练时间长和容易陷入局部极小的缺点,为实现焊接接头力学性能预测提供了一条有效途径.     

基于电弧声波特征的CO2焊接飞溅预测

在对短路过渡CO2 焊电弧声波信号的时频特征及其与过渡过程、焊接飞溅的相关性分析的基础上 ,利用小波变换的分析方法提取不同频段上的声波能量作为表征飞溅大小的特征向量 ,通过神经网络模型建立特征向量到飞溅量的映射模型 ,从而对CO2 焊接飞溅量的预测。结果表明 ,利用电弧声波信号能够正确地预测焊接飞溅 ,是实现焊接质量在线监控的新途径     

电弧焊熔透ICA-BP神经网络识别模型

以氩弧焊熔透状态识别为研究对象,研究一种基于ICA (Imperialist Competitive Algorithm) 的BP(Back Propagation)神经网络识别模型方法. 首先利用ICA全局搜索不易陷入局部极值及搜索速度快的特点对神经网络权值和阈值初始化,再用BP算法对神经网络进行训练. 通过摄取焊接过程中的熔池图像,提取熔池面积、熔宽以及熔池质心位置作为神经网络预测模型的输入量,分析熔池图像三个特征与焊缝熔透状态的映射关系,最终建立熔透状态预测模型. 结果表明,采用ICA-BP神经网络能够有效地预测焊缝的熔透状态.     

基于神经网络的焊机参数预测方法

为获得高质量的7075-T6/AZ31B异种合金Zn中间层-超声辅助FSLW接头,通过RBF-遗传算法对转速、焊接速度、Zn中间层厚度及超声功率四种工艺参数进行了优化. 结果表明,经过训练的RBF神经网络满足预测精度要求;将其与遗传算法相结合,在经多次迭代后可获得最优工艺参数组合. 取可执行最优解转速1 037 r/min、焊接速度82 mm/min、Zn层厚度0.04 mm和超声功率1 440 W进行试验验证,焊接接头拉剪载荷达到8 860 N,与已报道最优接头相比提高11.4%. RBF神经网络与遗传算法相结合的人工智能优化方法可准确预测并优化接头质量,且具有较大的时间及经济优势.     

基于RBF-GA的铝/镁异材FSLW工艺参数优化

为获得高质量的7075-T6/AZ31B异种合金Zn中间层-超声辅助FSLW接头,通过RBF-遗传算法对转速、焊接速度、Zn中间层厚度及超声功率四种工艺参数进行了优化. 结果表明,经过训练的RBF神经网络满足预测精度要求;将其与遗传算法相结合,在经多次迭代后可获得最优工艺参数组合. 取可执行最优解转速1 037 r/min、焊接速度82 mm/min、Zn层厚度0.04 mm和超声功率1 440 W进行试验验证,焊接接头拉剪载荷达到8 860 N,与已报道最优接头相比提高11.4%. RBF神经网络与遗传算法相结合的人工智能优化方法可准确预测并优化接头质量,且具有较大的时间及经济优势.