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.     

基于支持向量机的CO2焊接保护气流量识别研究

利用线性预测(LPC)分析方法建立电弧声信号数学模型并提取声音频域特征,分别用电弧声的LPC预测系数及反射系数作为输入向量构造样本集,建立CO2焊接过程支持向量机模型,对焊接过程保护气体流量进行了识别和分类.测试表明:利用电弧声建立的SVM模型能对焊接气流量进行有效识别.     

水下湿法药芯焊丝焊接气泡动态演变与其声脉冲分析

水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)以操作适用性好等优点在海洋设施维修中占有重要地位,焊接区域周围动态变化的气泡生长会影响焊接电弧的稳定性. 文中通过搭建水下湿法焊接试验平台,进行了湿法药芯焊丝焊接试验,利用传感器对焊接过程中的电弧电流电压信号,气泡声信号以及气泡高速图像进行了同步采集;研究了气泡声信号与气泡高速图像的对照关系,并对气泡声信号与电弧电流电压信号进行同步分析,获得了不同电弧燃烧状态下的气泡演变行为,以气泡声信号的变化来反映气泡演变对水下湿法焊接电弧燃烧的稳定状态的影响. 结果表明,气泡声信号可以清晰地反映焊接电弧燃烧的各种状态,能对不同气泡演变模式进行分类,并可从中分析其与电弧燃烧特性的对应关系.     

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.     

基于电弧声信号的高压干法水下脉冲MIG焊接稳定性分析

高压焊接实验舱的封闭结构特征为电弧声信号在舱内低噪声传播创造了条件。在对传声器校准的基础上,建立了同步采集硬件系统,同步采集不同环境压力下脉冲MIG焊接的电流、电压和电弧声信号,并在时域和频域上分析了不同环境压力下的电弧声信号,研究电弧声信号特征与高气压环境下脉冲MIG焊接过程的相关性。结果表明,电弧声信号可以反映不同环境压力下脉冲MIG焊接的稳定性以及高压环境焊接过程的电弧能量损失,为进一步研究高压干法水下脉冲MIG焊接创造了条件。     

受激电弧超声发射实验研究

为开发可控的电弧功率超声,选取熔化极和非熔化极气体保护电弧作为受激对象,设计了电弧以超声激励激,在电弧回路中分别施加高频连续交变信号和敲击式脉冲信号,成功地激发电弧超声发射,实现了使电弧集“产热与声发射”功能于一体的新型控制机理。根据电弧声发射波形分析了受激电弧对激励信号的线性和非线性频率响应特点,为进一步探索频率,幅度等参数实时可控的功能超声柔性控制方法奠定了基础。     

管道电弧声发射特征采集系统设计

鉴于焊接电弧声信号中蕴涵着丰富的焊接状态信息,是焊接质量监控重要的源信号,而管道结构特征为电弧声发射信号在管内低噪声传播创造了条件。设计了管道电弧声发射采集硬件系统,主要由传感器、信号适配电路、数据采集卡和一体化工作站组成。采用图形化虚拟仪器编程语言LabVIEW,通过封装功能模块及调用硬件驱动的动态链接程序,设计了一套采用中断触发方式进行高速数据采集的电弧声发射软件系统。结果表明,该系统不仅能实现对电弧电压、焊接电流和电弧声发射信号的高速实时同步采集,并可将采集结果图形化显示,很好地解决了实时图形绘制难的问题,为进一步研究管道TIG焊接电弧声发射机理创造条件。     

一种基于双耳效应原理的焊缝位置检测方法

提出了一种基于双耳效应原理的电弧声焊缝位置检测新方法,该方法根据焊缝位置发生偏差时引起电弧声左右传播通道结构的不同,从而导致左右两个传声器接收到的电弧声信号差异这一现象,利用双耳效应原理来检测焊缝位置,设计了双耳听觉焊缝位置传感器。在V形坡口上进行了MIG焊试验,采集了不同焊枪偏差情况下的电弧声信号。根据人耳听觉原理,利用外耳和中耳传递函数对两个传声器采集的电弧声信号进行了滤波处理,然后以每200ms为周期,计算了电弧声的响度值,并根据电弧声的响度值检测焊缝位置。试验结果表明,两个传声器采集到的电弧声响度值可以较为准确地反映焊枪的偏差情况,证明了所设计的双耳听觉传感器在焊缝位置检测方面的可行性。     

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．     

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。     

Relationship between sound signal and weld pool status in plasma arc welding

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＰｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ (ＰＡＷ )ｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｅａｓｙｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｃｏｓｔａｍｏｎｇｔｈｅｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｂｅａｍ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ (ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ ,ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ ,ｌａｓｅｒａｎｄ ｐｌａｓｍａ) .ＰＡＷｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｗｅｌｄｉｎｇｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ,ｈｉｇｈ ｎｉｃｋｅｌａｌｌｏｙｓ ,ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ,ｃｏｐｐｅｒ ,ｃｏｐｐｅｒ …     

水深环境下湿法焊接声压替代图像信号可行性分析

水深环境下水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)受周围电弧气泡生长的影响,其状态需要通过信号采集. 文中首先搭建水下湿法焊接试验平台,进行湿法药芯焊丝焊接试验,对焊接过程中的气泡声压信号、高速摄像信号、电弧电流电压信号,进行同步采集;然后对比了引弧阶段下浅水和20 m水深的气泡动态演变图像及其声压信号,结合20 m水深稳弧阶段信号,发现气泡脉冲声信号与气泡图像在气泡大小、爆破周期等演变细节上有着很好的对应关系,但随着水深增加,烟尘导致图像信号更加模糊. 最后对水下20,40 m的环境中获取到的电弧从引弧到稳弧阶段的声电信号,进行对照分析. 结果表明,气泡声压信号可以清晰地反映出气泡的变化状态,深水下声压信号替代高速摄像具有可行性.     

基于时频分析的CO2焊接电弧信息提取

利用Choi-Williams分布二次型时频分析方法研究CO2焊接过程所采集的电弧电压信号,获得信号的时频分布图。通过时频图像信息提取,进一步获得焊接过程特征信息,即信号的能量谱密度和瞬时频率估计。结果表明,利用Choi-Williams分布可以描述弧焊过程中电弧电压信号的时频能量分布。在时频分析基础上进行电弧信息提取,可以得到短路、断弧等物理现象的时间特征及瞬时频率信息。电弧特征信息的奇异点表现出明显不同的瞬时频率特性,以此界定电弧物理过程。     

Effect of power source characteristic on CO2 short circuiting arc welding

Abstract

Some problems are reported concerning the observation of the weld pool and effects of the power source characteristic on arc stability in CO₂ short circuiting arc welding. First, the effect of a power source with a constant voltage characteristic on CO₂ short circuiting arc welding is investigated by analysing the behaviour of the voltage and the current. From the results of this analysis, the cause of spatter generation is identified. A new power source characteristic is then proposed to improve the stability and the self-regulation of the arc. By adjusting the power source characteristic, the metal transfer can be stabilised in the CO₂ short circuiting arc welding process, i.e. the present authors have developed a power source having a non-linear characteristic. Its performance is verified by carrying out experiments.     

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     

CO2焊接过程动态信号的特征分析

利用小波分析方法,对所采集的CO2焊接电流、电弧电压和电弧声波进行了信号降噪处理和奇异点分析,提取不同频率范围的声波能量作为表征焊接过程状态变化的特征向量。采用统计学方法研究了特征值集合与焊接飞溅的相关性,完成了特征集合的评价与降维,为实现焊接过程的在线诊断奠定了基础。