焊接电弧紫外光谱信息的获取与分析

针对焊接电弧紫外光谱信息的研究 ,研制了一套焊接电弧紫外光谱计算机采集和处理系统。利用此系统对 TIG焊电弧紫外光谱进行了研究 ,成功地获得了不同焊接规范下的电弧紫外光谱频谱分布特征 ,并对此进行了分析     

基于电弧光谱的钢熔化极惰性气体保护焊质量判识

通过对熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)电弧光谱分布进行采集,研究其光谱分布的基本特征,并基于光谱分布的分析,通过预设干扰因素,对不同特征谱段光谱信号随焊接过程的变化进行采集,寻求MIG焊接质量在线光谱测控的理论依据和工程实现.研究结果表明,MIG焊电弧光谱在不同谱段存在金属谱线和Ar谱线聚集区.在不同弧长下的不同熔滴过渡形态,其光谱信号在特征谱段得到明显反映,电流变化引起的焊道变宽也有很好的特征信号;不同干扰因素引起的焊接缺陷,在焊接电弧光谱信号不同谱段的分布和变化规律不同,通过对特征谱段信息的采集,可以获得关于焊接过程信息的特征信号,从而实现对MIG焊接质量的分类判识.     

干扰因素下钢TIG焊电弧光谱的研究

通过对干扰因素下TIG焊电弧的光谱信息进行采集,研究了气流量变化、焊接试件表面存在锈等干扰因素对焊接过程电弧光谱分布的影响,并基于光谱分布的分析,进一步探讨了不同光谱谱段对干扰因素的反映,寻求实现焊接过程质量在线光谱测控的理论依据。研究结果表明：干扰因素在焊接电弧光谱信号不同谱段（220～300nm、300～430nm、430～520nm、530～680nm、700～900nm、900～1000nm）的分布和变化规律不同,其中220～300nm对应谱段以FeⅡ谱线的影响为主,在700～900nm对应谱段以ArⅠ谱线的影响为主,在此两个谱段干扰因素响应较明显。历史通道采集结果表明,干扰在250～350nm、700～830nm谱段,信号特征非常明显,具有很好的信噪比,并且不同干扰因素在特征谱段的反映具有自身特点,可据此对干扰因素进行分类判识。     

干扰因素下钢TIG焊电弧光谱的研究

通过对干扰因素下TIG焊电弧的光谱信息进行采集,研究了气流量变化、焊接试件表面存在锈等干扰因素对焊接过程电弧光谱分布的影响,并基于光谱分布的分析,进一步探讨了不同光谱谱段对干扰因素的反映,寻求实现焊接过程质量在线光谱测控的理论依据。研究结果表明：干扰因素在焊接电弧光谱信号不同谱段（220~300nm、300~430nm、430~520nm、530~680nm、700~900nm、900~1000nm）的分布和变化规律不同,其中 220~300nm对应谱段以FeⅡ谱线的影响为主,在700~900nm对应谱段以ArⅠ谱线的影响为主,在此两个谱段干扰因素响应较明显。历史通道采集结果表明,干扰在250~350nm、700~830nm谱段,信号特征非常明显,具有很好的信噪比,并且不同干扰因素在特征谱段的反映具有自身特点,可据此对干扰因素进行分类判识。
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自保护药芯焊丝水下焊接中电弧燃烧及熔滴过渡特性

（译者附）针对两类水下专用自保护药芯焊丝进行焊接试验,对焊接过程电信号进行采集,并利用多种统计处理工具对信号进行分析、处理,获取焊接过程的电弧燃烧和熔滴过渡特性。结果表明,随着水深的增大、短路及断弧时间和频率增大,焊接过程稳定性变差;稀土金属可以显著提高电弧燃烧稳定性,保证可以在不同水深下顺利完成焊接作业。     

湿法水下焊接电弧区域图像采集与处理

采用复合滤光技术和水下ＣＣＤ摄像系统,在可见光范围内采集出了药芯焊丝湿法水下焊接电弧区域图像,并运用了基于中值滤波和梯度算子的图像边缘检测方法,有效地区分了电弧燃烧区域和电弧气泡区域,为湿法水下焊接电弧的机理研究及水下焊接过程控制奠定了基础。     

保护套圈对步进式电弧螺柱焊过程电弧行为的影响

利用自行研制的步进式电弧螺柱焊枪,采用套圈作为焊接过程的保护方式,研究了套圈保护步进式电弧螺柱焊过程。对焊接过程的电流及电压波形进行采集,分析焊接过程的电弧行为。实验结果表明,在套圈保护下,步进式电弧螺柱焊过程电弧稳定燃烧,熔化金属短路现象明显减少;螺柱送进过程的“无弧”时间缩短。焊接过程电弧行为的改善提高了电弧对接头的加热效率;与无保护步进式电弧螺柱焊相比,套圈保护步进式电弧螺柱焊可以在一定范围内缩短焊接时间。     

面能量对激光—电弧复合焊接焊缝及熔滴过渡的影响

引入面能量的定义,从激光功率、电弧参数和焊接速度等方面来研究面能量的变化对焊缝熔深、熔宽、焊缝成形系数和熔滴过渡的影响,试图建立激光能量与电弧能量之间的最佳配比关系以及面能量与熔深的定量关系。采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像;利用激光共聚焦显微镜观察焊缝形貌,并测量焊缝熔宽、熔深等数据。试验研究发现:激光与电弧两热源之间存在最优匹配范围;电弧电压与焊接电流之间存在U(15 1)0.05I的关系式;焊接速度的降低与焊缝熔深的增加并非线性关系,可选择的焊接速度是一个区间,该区间内存在一个最佳的焊接速度,并对应一个最佳的面能量。因此,在具体的激光—电弧复合焊接中,需要根据板厚、接头形式等确定激光与电弧的能量参数,选择合适的面能量。     

基于电弧气泡调控的水下湿法焊接稳定性研究

为利用机械约束装置实现对水下湿法焊接过程中电弧气泡周期性上浮的可控调节,开展了机械约束装置辅助水下湿法焊接试验。采用高速摄像观察电弧气泡的动态行为,利用传感器采集施加机械约束装置时瞬时焊接电流、电弧电压值,通过光学显微镜分别观察焊缝截面尺寸和焊接接头微观组织,并与相同参数下常规水下湿法焊接进行对比。研究结果表明,机械约束装置能够实现对电弧气泡的可控调节,克服电弧气泡上浮破裂所带来的湿法焊接过程不稳定的问题。随着机械约束高度的降低,电流电压波动程度减弱,电弧稳定性明显提高。同时,机械约束装置的施加能够增大焊缝横截面尺寸,减小焊缝余高,并且减少焊缝和热影响区脆硬组织的含量。分析认为,机械约束装置通过增大电弧气泡尺寸,降低了熔池表面与动态水环境的直接热传导,进而延缓了水下湿法焊接接头的冷却速度,产生了优异的工艺效果。     

焊接电弧监测技术研究现状及展望

对焊接过程中的电弧信息进行实时监测和采集分析,是保证弧焊质量、提升弧焊技术水平的重要途径。随着测量技术和测量方法的不断发展,对焊接电弧复杂信息进行分类提取的手段也逐步发展。文中从电弧热源的物理特性出发,综述今年来国内外开展的电弧焊接过程监视测量的研究现状,主要包括以探针法和纹影法为代表的主动信息采集技术和以电弧电信号、声信号和光信号采集为代表的被动信息采集技术,分类介绍典型焊接电弧监测技术的原理、特点和研究现状,并对该领域的下一步发展趋势进行预测和展望。     

旋转电弧传感器的研制

介绍了电弧传感的基本原理及旋转电弧传感器用于焊接接头跟踪的工作原理。针对焊缝跟踪对传感器的要求，研制了一种适用于焊接机器人的轻便、紧凑、高速旋转的电弧传感器。详细介绍了高速旋转电弧传感器的旋转驱动电路、位置检测电路以及焊接电流采样电路。实验证明所设计的电路抗干扰能力强，旋转速度稳定，测位脉冲可靠，焊接电流的采集线性度好。该电弧传感器已在焊接机器人焊缝跟踪控制系统中得到成功应用。     

熔滴过渡光谱传感与控制的研究

焊接电弧光谱是一个丰富的信息源,电弧的各种物理过程都能在电弧光谱中体现,利用电弧光谱信息能很好地检测和控制脉冲焊熔滴过渡。对电弧光谱辐射情况和对光辐射和接收系统进行了深入的研究和分析,抛弃了一般特征光谱检测设备所必需采用的光谱仪和复杂的光路系统,选用干涉滤光片,选择光谱窗口,设计并制作小型光谱传感器。对喷射过渡过程进行了熔滴过渡检测,利用光谱信息实现了脉冲焊熔滴过渡精确控制为焊接过程精确控制提供了一种新的方法和手段。     

熔化极气体保护焊熔滴过渡光谱信号模式识别系统的研究

为实现熔化极气体保护焊熔滴过渡类型的自动识别,开发了熔滴过渡光谱信号模式识别系统,利用此系统,获得了大量各种熔滴过渡类型的光谱信号。以此为样本,根据模式识别的原理和方法,在Windows环境下,以Visual Basic为开发语言,设计了熔滴过渡光谱信号模式识别软件,成功地对各种熔滴过渡类型进行了自动识别。     

BASIC THEORY AND METHOD OF WELDING ARC SPECTRAL INFORMATION

Arc spectral information is a rising information source which can solve many problems thatcan not be done with arc electric information and other arc information. It is of important signficanceto develop automatic control technique of welding process. The basic theory and methods on it play animportant role in expounding and applying arc spectral information. Using concemed equation inplasma physics and spectrum theory a system of equations including 12 equations which serve as basictheory of arc spectral information is set up. Through analyzing of the 12 equations, a basic view thatarc spectral information is the reflection of arc state and state variation, and is the most abundant in-formation resource reflecting welding arc process is drawn. Furthermore, based on the basic theory thebasic methods of test and control of arc spectral information and points out some applications of it arediscussesed.     

弧焊过程智能检测分析系统的建立与应用

为研究弧焊过程电弧的稳定性和熔滴过渡的控制，研制开发了一套弧焊过程电信号智能检测分析系统。该系统由硬件检测电路和相关软件组成，具有信号采集、波形显示、数据统计分析、曲线拟合及数据存储功能。该系统通过焊接电压和电弧电流的采样数据所进行的统计分析能够获得反映焊接过程的特征数据，并通过对这些数据的分析可对焊接过程的质量进行有效的评定。     

BASIC THEORY AND APPLICATIONS OF WELDING ARC SPECTRAL INFORMATION

Welding arc spectral information is a rising welding information source.In some occa- sion,it can reflect many physical phenomena of welding process and solve many problems that cannot be done with arc electric information,acoustic information and other arc information.It is of important significance in developing automatic control technique of welding process and other similar process.Many years study work on welding are spectral information of thc anthor are dis- cussed from three aspects of theory,method and application.Basic theory,view and testing methods of welding arc spectral information has been put forward.In application aspects,many applied ex- amples,for example,monitoring of harmful gases in arc(such as hydrogen and nitrogen)with the method of welding arc spectral information;welding arc spectral imaging of the welding pool which is used in automatic seam tracking;controlling of welding droplet transfer with welding arc spectral information and so on,are introduced.Especially,the successful application in real time controlling of welding droplet transfer in pulsed GMAW is introduced too.These application examples show that the welding arc spectral information has great applied significance and development potentiali- ties.These content will play an important role in applying and spreading welding arc spectral infor- mation technology.     

Numerical analysis for effect of process parameters of low-current micro-PAW on constricted arc

A model was put forward to simulate the electromagnetic phenomena and fluid field in plasma arc occurring during the low-current microplasma arc welding (low-current micro-PAW) process. The effects of the nozzle neck-in and welding current of micro-plasma arc on the arc electromagnetic field distribution were discussed. Finally, under the condition of different welding current, welding voltage, arc length, shield gas flow rate, and plasma flow rate, welding experiments of image sampling were carried out. Three types of microplasma arc, namely, needle plasma arc, columnar plasma arc, and opening model plasma arc, are founded by experiment. Based on the unified model, a thorough investigation of the low-current microplasma arc characteristics during the micro-PAW process was conducted. It was found that the process parameters have significant effects on the microplasma arc and the distributions of current density and electromagnet force distribution.     

高速旋转电弧传感器的数学模型

以气保护焊接系统的数学模型和HALMOY焊丝熔化模型为基础,对高速旋转电弧传感器进行数学建模。利用该数学模型模拟焊接电流、弧长和焊丝伸出长度随时间的变化规律。实际焊接试验显示,模拟焊接电流与实际焊接电流波形高度吻合,说明建立的数学模型是准确的。结果表明,高速旋转电弧焊接时,弧长的变化较焊丝伸出长度的变化更为显著。利用每个电弧旋转周期内左半周与右半周平均电流值的差,可以判断焊枪的偏差量及其方向,同时还可根据平均电流值的大小来检测角接终止点。所建立的模型对于高速旋转电弧传感系统的设计具有指导意义。