基于焊接温度场正面信息的熔透控制方法及验证

在所建立的试件有限尺寸三维温度场解析模型的基础上,利用相关性原理同时考虑温度变化的灵敏度问题,定量地给出了控制背面熔宽时正面测温点的选择区域,提供了测温点的一般选择原则,讨论了基于温度场正面信息的GTAW熔透控制方法,运用仿真手段进行了PID参数优化设计,通过试验验证了PID和FUZZY复合控制的有效性。     

基于视觉传感的GMAW熔透状态预测

熔透信息的实时获取是实现打底焊接自动化的关键环节之一,通过熔池形状特征预测熔透状态可为熔透信息的有效提取提供参考。鉴于焊工通过视觉观察熔池正面形状特征来对熔透状态进行实时判断,建立基于GMAW的双目视觉传感焊接试验系统。在不同焊接电流及焊接速度下开展打底焊接试验,在焊接过程中实时同步采集熔池正面与背面图像。基于熔池图像特点结合成熟的图像处理算法,提取熔池正面二维与三维形状特征参数以及背面熔宽信息,作为训练样本,以熔池正面形状特征参数作为输入量,以背面熔宽作为输出量。通过BP算法对神经网络进行训练,建立熔透状态预测模型,分析熔池正面形状特征参数与背面熔宽之间的映射关系。采用Garson算法计算出每个形状特征参数对于背面熔宽的权重系数。通过GMAW打底焊试验对熔透状态预测模型进行了验证,试验结果表明,建立的BP神经网络模型可以有效地预测焊缝的熔透状态。     

基于正面焊接多信息融合的GMAW熔透控制

对气体熔化极弧焊(Gas metal arc welding, GMAW)过程中采集的正面熔池图像和温度信息通过多传感器定量信息融合技术,实现熔池图像的有效性判别。将熔滴热焓对温度场的影响考虑在内,对半椭球热源温度场进行修正,得到新型的三维温度场解析模型。借助信息融合后有效的熔池图像可获得无数个熔点温度的位置信息,通过阻尼最小二乘法求解新型温度场模型超定方程、辨识模型中椭球热源系数及熔滴热焓4个时变参数,从而得到实时修正的三维温度场动态解析模型。借助该模型通过PID控制实现了利用正面传感信息对GMAW焊接过程中背面熔宽的闭环控制,取得了满意效果。     

基于卷积神经网络的GTAW熔透预测

焊接熔池信息能反映熔透状态,但建立熔池与熔透状态的关系十分困难。针对该问题,提出一种基于卷积神经网络(Convolution neural networks,CNN)的GTAW背面熔透预测模型。通过基于被动视觉的熔池二维图像采集,建立了用于CNN网络训练和测试的训练集和测试集。其次建立了CNN背面熔透预测模型,优化了学习率、batch-size、迭代次数等网络参数。研究发现:第一层卷积核尺寸为9×9,最后一层含有64个卷积核使模型在预测准确率和训练时间上综合表现达到最佳。使用训练集数据训练模型,将训练完成的模型在测试集上对背面熔透进行预测,取得了高于96%的预测准确率。通过对预测模型的特征映射进行可视化分析,模型是通过熔池边缘,反光点位置和熔池尾部等特征来预测背面熔透情况。     

GMAW自动焊熔透影响因素分析及多元回归预测

GMAW自动打底焊易出现未焊透及焊漏现象,成为焊接自动化的瓶颈问题。以焊缝背面熔宽作为表征熔透状态的参考信息,探究对打底焊接质量影响较大的焊接电流、焊接速度、坡口间隙及坡口角度4个焊接工艺参数对背面熔宽的影响规律。开展GMAW打底焊接试验研究,分析背面熔宽随上述焊接参数的变化趋势。试验结果及分析表明:随着焊接电流的增大,背面熔宽呈上升趋势,熔透状态由"未熔透"过渡到"过熔透";随着焊接速度的增大,背面熔宽呈下降趋势,熔透状态由"过熔透"过渡到"未熔透";背面熔宽随着坡口间隙与坡口角度的增大而增大,过小的坡口间隙与角度易产生"未熔透"。鉴于背面熔宽随4个焊接工艺参数增加而单调增加或单调减少,采用多元线性回归方法建立4个参数与焊缝背面熔宽的数学模型,该模型通过了回归模型的拟合优度检验、整体检验及回归系数检验。通过GMAW试验对数学模型进行了验证,结果表明建立的回归模型数学表达式能够对焊缝背面熔宽尺寸进行较为准确的预测,为GMAW自动打底焊参数调节提供指导。     

基于RAPID焊接的起重机结构熔透性应用探索

本文通过熔透性对比及伸臂结构单侧焊接全熔透验证等方面对RAPID焊接技术在起重机结构的应用进行了探索。由实验数据分析可知RAPID焊接可增加焊接熔深,在合理的焊接工艺参数下焊接,能实现特定板厚的坡口焊缝全熔透,且背面成型良好,无未熔合缺陷。     

全熔透钨极惰性气体保护电弧焊熔池表面变形动态过程的数值分析

基于能量守恒和质量守恒原理,并依据能量最小化理论,推导出全熔透钨极惰性气体保护电弧焊(Gas tungsten arc welding,GTAW)熔池自由上、下表面变形的控制方程组,并探讨与文献给出的熔透熔池上、下表面变形控制方程组的异同,给出控制方程组中将熔池上表面变形和下表面变形耦合为一个统一整体的拉格朗日参数的求解方案。分别对GTAW焊接不锈钢和低碳钢薄板从引弧到熔透并达到准稳态的全过程中熔池上、下表面变形的动态演变进行预测和分析,从中提取出了可用于表征工件熔透与否的参数,为基于正面视觉检测的背面熔透智能控制提供了依据。     

脉冲MIG焊的熔透控制

作者在此文中提出一种新研制成功的脉冲MIG焊熔控制系统,讨论了系统的主要组成环节,对焊接电源、送丝机构、熔透传感器、控制原理等部分的特点和性能进行了详细的描述。实验与生产试焊均证明了这个系统的可靠实用性。     

熔透状态识别预测与控制技术研究现状

焊接过程中,熔透是保证焊缝质量的前提,实时监控焊缝熔透状态对实现自动化焊接和保证焊接质量具有重要的工程意义.在焊接过程中,可以通过分析熔池动态特征参数、焊接电参数、电弧声信号等识别预测熔透状态,从而实现控制熔透.近几年来,国内外专家学者在焊缝熔透方面取得了大量的研究成果.本文综述了较前沿的基于学习模型、数学建模、神经网...     

ANSYS在激光熔覆成形温度场数值模拟中的应用

基于ANSYS的激光熔覆成形温度场数值模拟可以真实再现熔覆工艺全过程,为优化工艺参数和预测成形缺陷提供可靠的理论依据。本文系统总结了ANSYS在熔覆成形温度场数值模拟中的应用;深入分析了有限元模型的建立、网格划分、热源形式及动态实现、熔池对流、材料动态增长描述等关键问题的处理方法;指出了ANSYS在熔覆成形温度场数值模拟领域应用中存在的问题,并在此基础上提出了今后的发展方向。     

同步送粉式激光熔覆过程温度场数值模拟

为测定同步送粉式激光熔覆过程温度场分布情况,需采用ANSYS软件对温度场进行数值模拟计算。建立了同步送粉式激光熔覆过程的数学模型与有限元模型,通过ANSYS软件得到了温度场数值模拟计算结果。针对激光熔覆过程中的拉应力消除与裂纹控制等问题,提出了双面熔覆的预热方法,并通过ANSYS数值模拟的方法确定了最佳翻转时间。通过模拟结果与实验结果对比了双面熔覆方法的优越性。双面熔覆方法可为同步送粉式激光熔覆的预热处理提供了行之有效的方法。     

用于焊接质量闭环控制的CCD图像传感器的研究

所研制的CCD图像传感器系统，通过采用比色测温的方法，实现了对焊接温度场图像的实时采集与处理。以焊接电流为控制量，研制了薄板钨极氩弧焊（TIG）背面温度场等温线宽度闭环控制系统，实现了对焊缝背面熔宽和熔透的控制。大量的焊接工艺试验证明本系统在焊接生产中具有重要的应用价值。     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与计算

在综合考虑了激光熔覆热流施加、材料传热两方面自身特点的基础上,建立了合理的激光熔覆数值模型。利用有限元法,通过计算模拟,表明所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好,从而证明了本文数值模型的正确性,为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了理论基础。     

基于铝合金激光深熔焊接温度场研究

采用透过玻璃在线拍摄铝合金激光深熔焊接时小孔形状的方法,得到小孔形状的真实尺寸.随后建立铝和玻璃异种材料激光焊接温度场的数学模型,运用数值模拟法分析了激光深熔焊接铝合金与玻璃的温度场分布,在编制Matlab程序计算时用已观测到的小孔半径数值为基础,保证了数值模拟结果的合理性与正确性,得到了不同材料焊接温度场计算的一般方法.     

基于焊缝熔透检测的机器人深熔K-TIG焊接系统

开发了一套基于熔透检测的机器人深熔锁孔非熔化极惰性气体保护焊接(Keyhole tungsten inert gas, K-TIG)系统,实现焊接高度(Contact tip-to-work distance, CTWD)自动调节与熔透状态的在线检测。利用电弧电压与焊接高度的对应关系,通过弧压传感器实时采集电弧电压信号并换算成焊接高度值,然后将实际高度值与预设高度值之间的差值经由过程控制对象连接与嵌入协议(OLE for process control, OPC)通信系统反馈给机器人控制系统,从而控制机器人实现焊接高度的自动调节。同时,构建了熔透检测系统,使用电荷耦合器件(Charge coupled device, CCD)相机采集熔池与小孔图像,从中提取熔池-小孔特征,并建立熔池-小孔特征与熔透状态之间的相关性,在此基础上建立识别熔透状态的反向传播(Back propagation, BP)神经网络,实现不同焊接高度下熔透状态的间接检测,最后根据该检测结果得到最佳的焊接高度。经过试验验证,整个系统可靠稳定,能准确检测焊缝的熔透程度,并实现焊接高度自动调节,从而提高了焊接质量。     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与计算

在综合考虑了激光熔覆热流施加,材料传热两方面自身特点的基础上,建立了合理的激光熔覆数值模型,利用有限元法,通过计算模拟,表明所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好,从而证明了本文数值模型的正确性,为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了理论基础。     

MIG焊电弧声信号与熔透状态相关性

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.在此基础上,通过合理地选择样本数据,从时域、频域和时频联合3个角度研究分析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,其中1 500～4 500 Hz频率段信号能量的变化可准确地检测出焊接过程熔透状态的改变.结果表明利用电弧声信号进行熔透状态监控是可行的,为MIG焊接过程质量监控提供了一种廉价而有效的新途径.     

激光熔覆温度场的研究现状

介绍了国内外激光熔覆温度场的计算研究现状,分析了各种计算模型,找出了模型的不足之处,为今后正确模型的提出提供了一定的理论参考。     

激光熔覆时粉末流温度场的仿真模拟

粉末流与激光束相互作用中,粉末流整体温度分布直接影响激光熔覆的熔覆层质量。以热粉末流为研究对象。使用FLUENT进行了温度场及速度场的仿真模拟。结果表明。FLUENT可以很方便的对激光束与粉末流相互作用的过程进行模拟,其输出的计算结果可以直观的揭示热粉末流的温度场和速度场变化情况。FLUENT软件的成功应用对于研究激光束与粉末流相互作用过程和指导熔覆的生产实践有着积极的意义。     

激光熔覆温度场的研究现状

介绍了国内外激光熔覆温度场的计算研究现状，分析了各种计算模型，找出了模型的不足之处，为今后正确模型的提出提供了一定的理论参考。