高频调制电弧超声发射及其物理特性

由于传统的超声发射方法在实际焊接过程中的局限,提出了一种新的超声发生机构。利用高频功率电子开头逆变技术,在TIG焊接电弧回路中施加调制信号,对应着调制电流的上升沿和下降沿可分别激发出电弧超声。在调制度不大时,传声器接收到的声信号幅值和调制电流成正比。当调制脉宽超过一定值后,上升沿和下降沿激发出的超声信号可分开。试验表明,高频调制电弧的伏安特性更为无序。通过波动方程和对调制电弧物理特性的分析,解释了电弧超声产生的原因和声信号特征,电弧超声发射对于控制焊接过程、提高接头质量具有很高的工程价值。     

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。     

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。     

用声发射传感器的焊缝跟踪控制研究

基于缝隙对声发射波传播有影响的现象，作者研制成一种利用声发射－微处理器控制的焊缝跟踪系统。本文叙述了缝隙对声发射波传播的影响和焊缝跟踪控制装置的设计。试验表明这种焊缝跟踪控制装置是灵敏的，它能克服偏差，正确跟踪直焊缝和曲线焊缝。     

基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法

为提高磁控电弧焊缝自动跟踪系统的稳定性与跟踪精度,引入拉丁超立方取样试验设计方法和Kriging代理模型技术,建立磁控电弧传感器的参数（励磁频率、励磁电流、磁极间隙、线圈匝数）预测模型;分析磁控电弧传感器的主要参数对焊缝跟踪信号的影响规律及其在焊接过程中的稳定性;选取传感器参数的优化设计点,试验验证磁控电弧传感器参数优化的可靠性.结果表明,优化后的焊缝跟踪传感信号波形明显,且干扰少,由于提高了信号的信噪比,从根本上提高了焊缝跟踪的准确性和稳定性.     

电弧超声埋弧焊改善09MnNiDR焊缝组织性能

作为焊接电弧的热源,对其施加高频调制后可变成可控的超声发射源。通过对比常规SAW和电弧超声作用下SAW的09MnNiDR焊缝组织,发现电弧超声能够减小埋弧焊焊缝区的柱状晶尺寸和先共析铁素体的晶粒大小,同时低温冲击实验结果表明,电弧超声能够显著提高09MnNiDR焊缝区的冲击吸收功。     

电弧超声埋弧焊改善09MnNiDR焊缝组织性能

作为焊接电弧的热源。对其施加高频调制后可变成可控的超声发射源。通过对比常规SAW和电弧超声作用下SAW的09MnNiDR焊缝组织。发现电弧超声能够减小埋弧焊焊缝区的柱状晶尺寸和先共析铁索体的晶粒大小，同时低温冲击实验结果表明，电弧超声能够显著提高09MnNiDR焊缝区的冲击吸收功。     

一种用于焊缝跟踪的磁控电弧传感器

针对目前机械式电弧传感器普遍存在的易磨损、噪声大且稳定性差等问题,提出了将磁场控制电弧的技术应用于焊缝跟踪;设计了磁控电弧传感器,对其基本原理进行了详细阐述,并依据电磁场理论和磁控电弧规律分析了相关影响参数.对通过霍尔传感器获取的焊接电流信号采用了巴特沃思滤波器硬件滤波和小波分析的电流信号软件处理相结合的信号处理方法,对磁控摆动电弧、未加磁场电弧和机械旋转电弧三种情况下的实测电流信号进行了分析比较,应用有效区间双重去极值积分比较法提取实际焊缝坡口的偏差信息.结果表明,磁控电弧传感器用于焊缝跟踪正确可行,跟踪效果好,为目前对焊缝跟踪技术的研究提供了新的方向.     

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。     

基于旋转电弧填丝TIG焊焊缝跟踪信号处理研究

设计了旋转电弧TIG焊接焊缝跟踪系统,将旋转电弧传感器应用于TIG焊接,利用旋转电弧扫描焊缝,通过采集、处理焊接电压的变化实现焊缝的跟踪。对实际焊接电压信号进行了分析,提出了数字滤波器和小波滤波器相结合的方法,建立了旋转电弧TIG焊接电弧高度与电压的模型。试验结果表明,设计的滤波算法实用性好,可靠性高,能有效地识别旋转电弧填丝TIG焊接高度的变化,为焊缝跟踪打下基础。     

移动式焊缝跟踪机器人跟踪精度分析方法

以对实验室4自由度轮式焊缝跟踪机器人跟踪精度的研究为基础,提出了一种新的焊缝跟踪精度评估表征方法,并对焊缝偏差建立了D-H坐标系下的5参数模型.基于此模型,对影响焊缝跟踪精度的主要误差源进行了理论分析.通过对定步长与变步长焊缝跟踪控制方法的仿真分析,验证了所提出精度分析方法以及建立模型的正确性及有效性,得出影响焊缝跟踪精度的主要原因为焊缝跟踪控制算法以及机器人自身定位精度.结果表明,该精度分析方法对于焊缝跟踪控制的机器人误差补偿及焊缝跟踪控制方法改进具有一定的参考价值.     

缝焊机导电机构设计研究

本文对国内外多种导电机构进行了分析和计算,提出了大功率缝焊机导电机构的设计准则和导电副表面质量的新概念。最后推出一种大功率缝焊机导电机构的最佳结构形式。     

用DSP实现焊缝图像处理算法中的小波变换算法

利用模板匹配算法获取焊缝中心位置。该算法首先通过二维小波变换得到焊缝的模板,再将该模板在后续焊缝图像中平移,计算模扳平移到各位置的互相关系数,取互相关系数最大值对应的列为被测图像的焊缝中心位置。基于DSP在数字信号处理中的优势,使用TDS642EVM实现焊缝识别图像处理算法。文中分析了二维小波变换算法的原理,开发了用DSP（数字信号处理器）实现小波变换算法的程序,最后列出了用TDS642EVM处理管道焊缝图像实例。     

三维曲线焊缝两种建模方法的比较

三维曲线焊缝建模是实现空间焊缝跟踪的关键问题之一.三维焊缝模型有利于减弱噪声干扰,提高系统的稳定性和鲁棒性,使得系统具有容错能力.采用三次参数曲线函数表示空间焊缝,使用最小二乘法建立焊缝的参数函数位置模型,接着使用三次B样条函数建立焊缝位置模型.使用位置模型和其它的特征点坐标之后得到了姿态模型中的方向矢量.分析了两种建模方法的性能,仿真试验证实在同类型和幅度的噪声干扰下,B样条函数模型优于参数曲线函数模型,能够很好地逼近原始三维曲线焊缝.     

基于激光双目视觉的接缝三维重建

设计研制了结构激光双目视觉传感器,该传感器加入结构激光,很好地解决了立体视觉中对应点的匹配问题.利用该传感器采集接缝图像,开发了图像采集处理程序,实现接缝图像处理和特征分析,识别并提取了二维平面上接缝特征点的图像坐标.采用MATLAB软件实现了三维重建标定算法,根据双目视觉原理,由接缝特征点的图像坐标计算出其三维坐标,进行了三维重建,抽取了接缝三维几何尺寸、坡口类型、角度、间隙等焊接特征信息.     

激光焊机退火功率对DP780带钢焊缝质量的影响

为了研究CO₂气体激光焊机退火功率对DP780带钢焊缝质量的影响,通过焊缝在线监测系统(Quality Control Date System, QCDS)、杯突试验、冷轧连续产线实际生产试验的方法,测试了不同退火功率下DP780带钢的焊缝质量。结果表明:焊接后退火功率为0 kW时,焊缝区域杯突试验裂纹沿焊缝方向展开,焊缝质量不合格;焊接后退火功率为10、15 kW时,杯突试验结果表明焊缝区域裂纹垂直于焊缝方向,焊缝质量合格;然而实际生产得到退火功率为10 kW的焊缝在生产过程中出现断带,退火功率为15 kW的焊缝无断带现象。为此,通过电子显微镜观察了退火功率为10 kW与15 kW时DP780带钢焊缝区域金相组织,并测试了其显微硬度。结果表明:焊焊缝区域组织均为马氏体+贝氏体组织,但退火功率为10 kW的焊缝区域存在裂纹缺陷,是其断带的主要原因。因此,实际生产中应将退火功率控制为15 kW, 此时焊缝区域硬度略有下降,但是韧性得到了提高,能够满足冷轧连续产线正常运行的需要。     

一种基于摆动式涡流传感器的焊缝跟踪方法

采用非接触电涡流传感器应用于焊缝跟踪,利用指数运算电路补偿传感器的线性度,从而加大了传感器的量程,消除了传感器在焊缝跟踪过程中的失真情况.选用摆动式涡流传感器检测焊缝偏差信息,实现复杂形状焊缝的平板对接I形坡口的自动跟踪.应用区域积分差值加权比较法对焊缝的偏差信息进行分析,消除了因板厚不均匀以及错位的误判,在采样数据点不变的情况下,提高了焊缝跟踪精度.结果表明,摆动式涡流传感器用于焊缝自动跟踪可行,跟踪效果好,为目前对自动焊缝跟踪技术的研究提供了一种新的方法.     

激光焊磁光彩色成像焊缝检测方法

针对激光焊接平板对接微间隙焊缝(间隙小于0.1 mm),研究彩色图像信息的磁光成像焊缝检测算法,为微间隙焊缝的精确跟踪提供一种新方法. 采用磁光传感器采集焊接过程的焊缝区域图像,对焊缝磁光图像在RGB(red, green, blue)和HSV(hue, saturation, value)彩色空间的灰度分布进行分析,提取RGB图各分量的灰度图,根据各分量灰度分布曲线确定阈值提取焊缝边缘,合成3个分量的焊缝边缘得到焊缝过渡带轮廓;对HSV图的每个分量图灰度直方图进行分析确定阈值,然后综合形成单一的焊缝过渡带分割图像. 结果表明,该方法能有效检测肉眼难以分辨的微间隙焊缝.     

记忆式焊缝跟踪系统

介绍了新近研制的一种可用于多层焊缝的自动焊接记忆跟踪系统，此系统在焊接第一层焊缝时能实时跟踪焊缝，同时记忆焊缝跟踪数据，此后，系统依据此记忆数据进行各层焊缝的自动跟踪工作，本系统具有新颖的二维焊缝跟踪机构及传感器，其实跟踪精度及重复跟踪精度都满足了焊接工艺的要求。     

热处理对硬钎焊焊缝性能的影响

通过对YG8合金与35CrMnSi钢硬钎焊焊缝热处理后的组织和性能的研究，分析了淬火工艺对焊缝剪切强度和抗弯强度产生的影响。结果表明，淬火温度越高焊缝性能越差，低温回火可使焊缝具有良好的性能。