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...     

电弧声信号与铝合金MIG焊缝塌陷的相关性

针对铝合金MIG焊过程热积累作用强容易产生焊缝突然塌陷从而导致焊接过程失败的问题,建立电弧声信号传感系统并以焊接电弧声为研究对象,运用小波分析方法研究焊接电弧声信号与焊缝塌陷的相关性。研究表明电弧声信号的能量变化与焊缝塌陷有着明显的对应关系,电弧声总能量随着焊缝开始塌陷而增加,对电弧声进行小波分解发现不同频带有着不同的变化规律。研究结果为铝合金MIG焊实时焊接塌陷缺陷的检测提供一种新型有效的方法。     

基于电弧传感器的焊缝自动跟踪系统的研究

研制电弧传感器的焊缝自动跟踪系统 ,采用具有先进性能的开关型MIG MAG脉冲焊接电源 ,将电流和电压信号同时用作传感信号 ,通过电弧的扫描 ,既实现了焊接过程的自动跟踪 ,又解决了打底焊道的熔透问题 ,大大提高了产品焊接质量。     

基于人耳听觉模型的MIG焊熔滴过渡状态识别

针对强噪声干扰下熔化极惰性气体保护焊(Melt inert-gas,MIG)的熔滴过渡状态识别问题,提出一种基于人耳听觉模型的电弧声熔滴过渡状态识别算法。采用外耳和中耳传递函数对电弧声信号进行变换,模拟耳蜗的功能对变换后的电弧声信号进行频率分解,并求分解后各频带内信号的响度功率,根据不同频带的响度功率构建电弧声的特征矢量,采用支持向量机根据获得的特征矢量实现熔滴过渡状态的识别。试验结果表明,该算法可以很好地抑制由于焊接电流的低频变化引起的电弧声低频波动,对熔滴过渡状态的识别率达到了98%以上。为了验证算法的抗噪声干扰能力,在原始信号的基础上,分别施加了不同信噪比的白噪声和环境噪声,结果表明,所提出的算法具有优良的抗噪声干扰能力,从而为焊接质量在线监控提供了一种新方法。     

声发射在焊接质量实时控制中的利用前景研究

焊接过程的声发射信号是焊接工件内部的一种信号。对ＴＩＧ焊，ＭＡＧ焊和ＣＯ２焊时声发射的特征进行了研究，发现工件的熔透情况，熔滴过渡的形式和稳定性与声发射特征有紧密联系；声发射的传播与焊接热源对中情况不同有明显区别。所以可用焊接过程的声发射波某些参数作为被控制量进行焊接质量的实时控制。为焊接质量控制提供了新的途径。成功地进行了利用声发射信号的焊缝跟踪控制。     

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.     

脉冲MIG焊建模仿真分析及弧长控制

针对脉冲MIG焊过程中的电弧稳定性问题,建立基于尖端不稳定熔滴过渡理论的焊丝熔化动态电弧模型,并对焊接过程中的电弧电压、电弧长度及熔滴过渡尺寸进行仿真,得到与实际焊接相似的电弧电压波形,分析脉冲电流下熔滴过渡频率及影响电弧稳定性的因素,且进行弧长稳定控制的仿真研究,在此基础上运用快速原型技术建立铝合金脉冲MIG焊控制系统,采用电弧电压反馈对铝合金脉冲MIG焊过程进行送丝调节的弧长控制试验。研究表明:所建立的铝合金脉冲MIG焊焊丝熔化动态电弧模型很好反映了实际焊接过程,揭示出脉冲MIG焊焊接过程中熔滴过渡时间间隔具有一定的不确定性和电弧长度的不稳定性,通过电弧电压反馈控制可显著改善铝合金脉冲MIG焊过程电弧系统的稳定性。     

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。     

单电源三丝MIG焊的交替燃弧特性

三丝焊作为一种高效的焊接方法受到重视,而电弧形态及燃弧特性是反映焊接过程稳定性,决定焊缝成形及质量的重要因素。试验中搭建三丝熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)焊系统,利用Mult Daq电信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态及熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察不同电弧电压下的焊丝燃弧情况及熔滴过渡方式,研究短路过渡和大滴过渡形式下的交替燃弧机理,以及电弧电压对单电源三丝MIG焊交替燃弧过程的影响。结果表明,当焊接电源供给能量较小时,并联的三根焊丝上的电流分配呈现"此消彼长"的规律而导致电弧在焊丝间交替燃烧,且焊丝在电弧空间中的位置决定了焊丝上的电流分配。随着电弧电压的增加,交替燃弧频率减小。当电弧电压达到34 V时,三根焊丝同时燃弧,无交替燃弧现象,交替燃弧频率变为0 Hz。