电阻点焊熔核形核信息的声发射信号表征

以结构负载压电传感的方式,研究借助声发射信号表征电阻点焊铝合金过程的熔核形核信息,包括焊接过程的声发射信号表征和熔核质量信息的声发射信号表征.结果表明,电阻点焊不论是稳定形核还是非稳定形核均可以用声发射信号来表征熔核形核的不同物理阶段.熔核形核的飞溅、开裂等特征事件也可以利用电阻点焊过程声发射信号的形核声发射特征参数来予以界定.声发射特征参数与熔核形核尺寸、焊点拉剪载荷具有较好的相关性.可以使用焊接过程中的声发射特征参数作为检测或预测熔核形核尺寸和焊点拉剪载荷的依据之一.     

基于独立分量分析的点焊特征声音信号提取

采用独立分量分析的方法和传感器阵列技术对点焊声音信号进行了研究,建立了点焊声音信号独立分量分析算法.采用8个传声器阵列,同时对点焊过程中的声音信号进行了测量,获得了比单传感器丰富的点焊信息.计算了这些声音信号的峰度系数,确认其为非高斯型,满足独立分量分析的要求,并对其进行独立分量分析.结果表明,基于FastICA算法的独立分量分析可以从叠加噪声中分离出点焊过程信号源,且效果明显,为深入分析点焊过程提供了一个新的技术手段,并且该算法可以应用于其它焊接方法中.     

Identification of acoustic emission signal in aluminum alloys spot welding based on fractal theory

The acoustic emission signal of aluminum alloys spot welding includes the information of forming nugget and is one of the important parameters in the quality control. Due to the nonlinearity of the signals, classic Euclidean geometry can not be applied to depict exactly. The fractal theory is implemented to quantitatively describe the characteristics of the acoustic emission signals. The experiment and calculation results show that the box counting dimension of acoustic emission signal, between 1 and 2, are distinctive from different nugget areas in AC spot welding. It is proved that box counting dimension is an effective characteristic parameter to evaluate spot welding quality. In addition, fractal theory can also be applied in other spot welding parameters, such as voltage, current, electrode force and so on, for the purpose of recognizing the spot welding quality.     

用时频分析法研究铝合金电阻点焊过程中的声音信号

研究了铝合金点焊过程中声音信号的时频域能量分布，并应用它来识别点焊的熔核状态。点焊过程中的声音信号包含着熔核形成信息，是点焊质量监控的重要参数。为了能够确定熔核的变化状态，作者尝试采用非平稳过程的时频分析方法对声音信号进行研究，试验与计算结果表明，Choi-williams时频分布是一种较好的铝合金点焊声音分析方法，可以区分不同熔核状态，其计算结果可作为铝合金点焊过程的监控参数和质量检验的依据，具有一定的实用价值，同时它对其它焊接方法中的信号分析与处理也有较高的参考价值。     

用Lyapunov指数研究点焊位移信号的混沌特性

文中以混沌理论为基础,阐述了Lyapunov指数作为点焊位移时间序列的混沌判断原理,并对电阻点焊位移信号中进行了分析与研究,计算了4种不同工作状态下点焊位移信号时间序列的Lyapunov指数,研究表明,点焊位移信号中的最大Lyapunov指数均大于0,根据混沌理论可以断定点焊位移信号中存在混沌现象,应该采用混沌的方法研究与分析点焊位移信号,该研究为点焊质量的判断和预测开辟了新的途径.     

基于结构负载声发射信号检测的镀锌钢板电阻点焊飞溅主控因素分析

利用实时监测结构负载声发射信号实现了镀锌钢板电阻点焊过程中的飞溅现象的检测. 以焊接飞溅声发射事件的正峰值和振铃计数为考核指标,通过正交试验设计法设计焊接试验和方差分析法进行显著性检验,研究了镀锌钢板电阻点焊飞溅的主控因素. 结果表明,焊接飞溅释放出的能量当量可由其声发射事件的正峰值和振铃计数两个特征参数定量评估. 影响焊接飞溅的主要因素为焊接电流和电极力,而焊接电流所起的作用比电极力更为重要. 焊接时间和焊接电流与电极力的交互作用对焊接飞溅的影响相差不大. 焊接电流和焊接时间越大,焊接飞溅当量越大;电极力越大,焊接飞溅当量越小.     

点焊过程电信号分析系统的研究

点焊过程电信号分析系统是研制高质量焊接设备的一种重要测试技术手段.基于Windows环境、高速数据采集卡PCL1800和工控机通用平台,采用Visual C 6.0开发出高速多功能点焊过程电信号测试分析软件.该系统能精确测定点焊过程的电极间电压和焊接电流波形,并提取出焊接过程动特性的特征信息,从而为高性能焊机的研制和焊接参数的优化提供了一个强有力的工具.     

激光-微束等离子弧复合焊接过程的结构负载声发射信号表征

采用脉冲YAG激光焊、微束等离子弧焊和激光-微束等离子弧复合焊对304不锈钢进行焊接试验,实时采集焊接过程中的结构负载声发射信号,研究声发射信号对焊接过程的表征. 结果表明,激光离焦量为-2 mm的激光-微束等离子弧复合焊接,热源复合效果更好,焊缝表现出更显著的复合热源焊接特征. 焊缝获得了更好的表面成形和熔深、熔宽. 热源复合效果更好的焊接过程,其声发射信号波形表现出更大振幅,且更为均匀,并与激光热源的周期性相符,呈现出明显的复合热源焊接周期性. 因此可以利用焊接过程检测到的结构负载声发射信号表征激光和微束等离子弧两种热源复合效果特征.     

Characterising thermoacoustic emission in alternating current spot welding process

The acoustic emission of spot welding with thermoacoustic theory was studied in this paper, which provides new basis to analyze the quality of nugget with acoustic signal. The result shows that the thermoacoustic emission exists in both 5052 Al alloy and cold-rolled steel AC spot welding process and this process takes place later than the load of welding current, and the frequency of thermoacoustic is twice as that of the welding current. The amplitudes of thermoacoustic signals detected from different angles are different, which undergo an up-down-up process. The thermoacoustic emission shows different trends with the thickness increase in AC resistance spot welding experiment for 5052 Al alloy and cold-rolled steel.     

Study of acoustic signal in the process of resistance spot welding based on array sensor system

This investigation was performed to study acoustic field signal in order to improve RSW quality. Researchers firstly built an acoustic array sensor system, which included 8 MPA-416 acoustic sensors, data acquisition card and LabVIEW. The system obtained the acoustic field information in the process of nugget growing. Due to the nonlinearity field signal, array sensor algorithm was utilized to quantitatively analyze the characteristics of acoustic field and reduced noise. The experiment and calculation results show that array sensor system can acquire acoustic field signal of nugget growing in the RSW process and array processing algorithm based on acoustic field can extract characteristic parameters to evaluate RSW quality. It was concluded that the acoustic array sensor system offers a new methodology for RSW quality inspection.     

Relation between welding parameter and acoustic emission information during laser deep penetration welding

In laser non-penetration deep penetration welding process, welding material will vaporize, metal vapor and ambient gas will produce a higher degree ionization, which forms plasma of high concentration. In the case of forming a small hole, plasma will eject .from the hole, and form acoustic emission ( AE ) signals. Because AE information has many advantages such as non-contact measuring, fast response, and high ratio of signal to noise, it can be used as a monitor variable for in-process control. By studying AE information, information of welding pool and small hole can be obtained. According to characteristic of AE information, this paper reveals the correlation between welding parameters and AE signals, and provides a good base for further quality control.     

铝合金点焊过程振动信号频谱分析

频谱分析是试验数据处理的重要方法之一。通过对铝合金点焊过程中电极振动信号的频谱分析，提取振动信号中的特征量，来判断点焊过程中熔核形成及飞溅发生。试验证明，利用振动信号的频谱分析能够有效地对铝合金点焊过程进行监控，是提高铝合金点焊质量的一种有效方法。     

不锈钢点焊电流信号的倒频谱分析

飞溅将引起电流信号的异常变化。采用倒频谱法对不锈钢点焊过程中有、无飞溅的电流信号进行变换,分析比较两种情况下电流信号的倒频谱图,发现它们的倒频谱图在对称性、尖峰个数和大小方面具有明显差异。该方法可以提取出;最焊过程飞溅的特征量,为检测焊接过程是否发生飞溅提供了一种方法。     

基于Labview的声发射监测分析系统

开发了一套适用于铁碳合金材料焊接裂纹监测分析的声发射监测系统,并对不同材质和不同焊接工艺条件下的焊接接头AE信号进行了采集和分析,发现及证实了一些对深入研究焊接裂纹AE的形成机理有重要意义的现象和规律.     

YAG激光焊接脉冲能量作用效应的声发射特征参数表征

对304不锈钢进行脉冲激光焊接试验,基于激光热源与工件相互作用所释放的声发射信号,研究利用声发射事件的平均峰值-振铃计数特征分布图评估焊接稳定性的方法.结果表明,脉冲激光对材料的作用越稳定,平均峰值-振铃计数特征分布图的散点分布聚集性越好;脉冲激光对材料的作用稳定性越差,平均峰值-振铃计数特征分布图的散点分布越发散.激光脉冲峰值功率增加时,对应声发射事件平均峰值和振铃计数均随之增加,反映出振铃计数对峰值功率变化而引发的焊接稳定性变化更为敏感.因此平均峰值-振铃计数特征分布图能够较为准确地表征激光焊接过程稳定性.     

基于无监督深度学习的声发射信号聚类分析

为提高声发射信号检测诊断的自动化程度,直接从声发射波形出发,提出了一种基于深度神经网络与聚类分析的声发射信号分类方法。针对声发射信号标签数据难以获取的问题,采用无监督学习方式,根据大量声发射实测波形进行深度一维卷积自编码器训练,实现了声发射信号特征的自动提取,进而结合K均值聚类算法准确区分不同类型的声发射信号。铅芯在复合材料板上突然断裂和摩擦的声发射试验表明,提出的方法能自动识别不同类别的声发射信号,识别效果优于基于人为设定声发射信号特征的聚类方法。     

激光焊接声信号与熔深的相关性

激光焊接过程伴随着强烈的声信号,这些声信号中包含焊接过程的重要信息,反映了焊缝质量.以平板激光堆焊为研究对象,详细地分析了焊接过程声信号的特征.研究发现,声信号的强度和功率频谱分布与焊缝熔深具有良好的对应关系.声信号功率频谱主要集中在2～10kHz之间,并且具有明显的谱线族.随焊缝熔深的减小,声信号强度减弱,并且声信号频谱族由相对集中单一向分散多族化变化.以激光焊接过程产生的声信号特征作为传感信息,采用人工神经网络技术建立了声信号与焊缝熔深之间的关系模型.结果表明,该模型能够根据声信号特征定量地检测焊缝的熔深,为激光非熔透焊接熔深的实时检测提供一种有效的手段.     

铝合金P-MIG焊接过程熔滴过渡行为的结构负载声发射表征

通过在线检测铝合金PMIG焊接过程的结构负载声发射信号,研究熔滴过渡行为的表征,以及熔滴过渡形式变化对声发射信号特征参数的影响. 结果表明,焊接过程中检测到的结构负载声发射信号时域波形包含了较多的PMIG焊接过程熔滴过渡特征信息,利用时域波形及其平均振铃计数、平均正峰值等特征参数可以对PMIG焊接过程中的熔滴过渡现象进行表征. 当熔滴过渡频率相同时,随着熔滴过渡对液态熔池的冲击作用增大,声发射信号特征参数相应增大;当熔滴过渡频率不同时,熔滴过渡频率越大,熔滴体积越小,对液态熔池的冲击作用越小,声发射信号特征参数相应减小.     

激光穿孔点焊接瞬态过程数值分析

考虑工件表面等离子体作用,建立了小孔和熔池传热与传质耦合的穿孔点焊数值分析模型. 采用随小孔形状变化的自适应热源模型,热源形态依小孔形状变化而实时改变. 模型考虑了蒸发现象所引起的质量转换和能量损失,利用焓–孔介质法处理焊接过程动量损耗. 主要考虑液态金属蒸发所带来的反冲压力、表面张力和液体静压力并通过流体体积方程计算小孔壁面. 结果表明,小孔形成直至穿孔过程都可能产生向上和向下的飞溅、焊瘤和余高. 激光的瑞利散射、工件表面等离子体的热效应,激光束反射和等离子体膨胀作用,使得工件上/下的焊缝宽度比中间略大. 模拟计算值与试验结果比较,二者在形状和尺寸基本吻合.     

铝合金脉冲MIG焊接熔滴过渡行为的声发射信号时频域表征

通过在线检测铝合金脉冲MIG焊接过程的结构负载声发射信号,研究熔滴过渡模式和行为的时频域表征.结果表明,熔滴过渡声发射信号波形以及熔滴过渡声发射事件的有序性和周期性可以反映脉冲MIG焊接过程熔滴过渡的稳定性和周期性.随着脉冲频率和焊接热输入的增大,熔滴过渡模式由短路过渡转变为射滴过渡,过渡熔滴体积得到逐步细化,表现出递减的声发射能量释放特征.当熔滴过渡为短路过渡模式时,熔滴过渡声发射信号的频域范围较宽,且较为集中在高频部分;当熔滴过渡为射滴过渡模式时,熔滴过渡声发射信号的频率分布范围更窄,且集中在低频部分.随着熔滴过渡模式由短路过渡模式逐渐转变为射滴过渡模式,由熔滴过渡引入的能量变化呈现出先减小再增大的趋势.