基于熔池视觉特征的铝合金双丝焊熔透识别

正面熔池与熔透状态之间存在一定的对应关系. 然而与熔透状态潜在相关的熔池特征众多,如何去除冗余特征,建立一个反映熔池特征与熔透状态对应关系的简洁的知识模型,对实现焊接熔透在线控制具有重要意义. 提出一种焊接熔透状态的粗糙-模糊控制方法,并在变间隙MAG焊接实验中进行验证. 给出2种基于变精度粗糙集的属性约简算法,以求解表征熔透状态的熔池最小特征集. 通过变间隙-电流焊接试验建立熔透状态决策信息系统,引入2个用以描述熔池尾部尖削程度的形状参数,基于粗糙集知识约简和规则提取算法获取熔透状态分类规则. 构建熔池尾宽系数的模糊控制模型,利用最小化模糊熵来构造误差论域上的隶属函数. 通过2组变间隙焊接实验对该控制模型进行验证,结果表明,闭环控制下焊缝背面熔宽均匀一致,符合焊接规范要求.

     

基于电弧声信号特征分析MAG焊熔透状态在线监测

提出一种基于MAG焊过程可闻电弧声信号采集和处理的熔透状态在线监测方法.通过对平板拼焊射流过渡过程中典型状态下的电弧声信号的实时采集与分析,采用小波去噪和短时加窗等预处理手段,提取了11个可表征焊缝熔透状态的特征参数.通过对构造的高维联合特征向量进行基于特征级的PCA参数融合,重新合成并选取了携带最多熔透状态信息量的8维特征向量,并以此为输入和四种熔透状态为输出,建立了BP和RBF熔透状态辨识网络模型.监测模型的应用例证表明,所建立的两种网络均可实现对熔透状态的在线识别,RBF网络的识别准确率高于BP网络6.25个百分点之多,其熔透状态整体辨识准确率达到91.25%.     

激光-MIG复合焊熔透状态视觉检测方法的研究

激光-MIG复合对接焊中,熔透状态是反映焊缝成形质量的重要指标.为获得反映熔透状态的信息,在此采用视觉传感器时焊接过程中的熔池正面、小孔图像、熔池背面分别进行了检测.结果表明,在复合对接焊条件下,采用熔池正面图像检测或小孔热辐射图像检测的方法,不能判断出熔透状态.采用主动照明的拍摄方式并选用合适滤光片的熔池背面图像的视觉检测方法,能够获得反映焊缝熔透状态的图像.     

窄间隙MAG焊侧壁熔深信息的获取与同步化

窄间隙焊中坡口侧壁熔深是反映焊接质量的重要参数,针对侧壁熔深信息难以直接获取的问题,提出一种窄间隙MAG焊熔深信息离线获取,并实现与其他焊接数据采集信息同步的方法。首先设计了一个划线装置,实现在工件上标记开始数据采集到结束数据采集的位置,其次通过平行焊接方向、在工件最大熔深位置处对工件进行切割、打磨、腐蚀,获取整体熔合线变化曲线,并采用人机交互的图像处理算法对熔合线进行边缘提取和函数拟合,实现侧壁熔深信息获取及与其他数据信息的同步,为进一步的熔深建模和控制研究奠定基础。     

激光-MIG复合焊熔透状态评价方法

在有坡口间隙对接焊时,焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标.提出了以背面相对熔宽作为CO2激光-MIG复合焊熔透状态的定量评价指标,并以此为依据将熔透状态分为未熔透、适度熔透和过熔透,其中适度熔透是最佳的熔透状态.基于相对熔宽的评价指标,研究了工艺参数及坡口间隙变化对熔透状态的影响规律:通过调节激光功率、焊接电流或焊接速度增加热输入,都可使背面相对熔宽增大,从而改变熔透状态;随着坡口间隙的增大,熔透状态从未熔透过渡到适度熔透,再过渡到过熔透.     

连续行走脉冲TIG焊熔池谐振法熔透控制

熔池振荡频率与熔池尺寸之间的良好对应关系,可以用于进行熔池尺寸检测及熔透控制,但在快速行走焊接时难度很大。本文在恒定直流之上叠加定频率正弦波电流做为脉冲焊接电流激振熔池,在连续行走焊接时,通过电弧电压检测熔池振荡即熔池尺寸。在脉冲电流作用期间,随着熔池尺寸的增长,当熔池自身固有振荡频率与焊接电流正弦波频率一致时,熔池产生谐振,从电弧电压中检测到谐振特征变化信号,该信号的强度,稳定性,重复性及与熔池     

熔池三维自由表面状态与TIG焊熔透的相关性研究

基于激光视觉测量原理,采用2台同规格的CCD摄像机实时同步采集了钨极惰性气体保护电弧焊熔池自由表面和背面熔宽动态变化视频图像,利用熔池自由表面三维恢复算法获得熔池三维自由表面形貌,并对不同熔透状态的熔池三维自由表面高度变化与同步采集的背面熔宽变化间的相关性进行了定性分析实验.通过建立理想熔池自由表面,入、反射激光束光学变换及成像屏数学模型,逆向仿真研究了不同熔透状态的熔池表面对反射激光点阵形态的影响规律.结果表明,基于激光视觉法获得的熔池三维自由表面动态变化与焊缝熔透之间具有相关性,当焊缝由未熔透过渡到熔透时,熔池表面由凸形逐渐变为凹形,且塌陷量随背面熔宽的增加而缓慢增大,反射激光点阵行曲率变小,激光点逐渐聚为一点.当过熔透时,背面熔宽增加,熔池表面塌陷量迅速增加,反射激光点阵行曲率反而变大,聚集的激光点阵纵向逐渐被拉开.熔池表面逆向建模仿真结果与实际测量结果基本一致,利用反射激光点阵的形态变化可以表征熔透变化.     

脉冲MAG焊弧长稳定性模糊控制的研究

针对脉冲MAG焊焊接时的电弧稳定性控制,采用峰值电压反馈方式,基于PFM调节机理实现脉冲波形的调制,研究了以基值时间Tb为控制量、峰值电弧电压Uf为被控制量,以查表方式实现的模糊控制器.最后通过试验验证,在焊接过程中弧长变化时所设计的模糊控制器可保持电弧的稳定,从而保证焊接过程的稳定.     

MIG(MAG)脉冲焊熔滴的过渡行为

利用微机控制脉冲电源，配合高速摄影，研究了脉冲ＭＩＧ焊各种熔滴过渡形式的过渡行为及其对焊缝成形的影响，研究结果表明，一个脉冲可以过渡多滴，一滴，或多个脉冲过渡一滴，不同熔滴过渡形式，熔滴的体积，速度及冲量参量都不一样，对焊接过程及焊缝成形也有影响，只有一脉冲一滴在基值电流期间过渡是最佳的熔滴过渡形式。     

窄间隙焊采用脉冲旋转喷射过渡MAG焊技术的开发

窄间隙焊采用轴向喷射过渡时,有时会出现侧壁熔透不良现象。为解决这一问题,本文在先期研究脉冲旋转喷射过渡技术的基础上,对窄间隙焊采用脉冲旋转喷射过渡ＭＡＧ焊接技术进行开发性探索,旨在为推动这一技术在我国焊接生产中的推广与应用寻找新途径。研究方法是采用脉冲轴向喷射过渡与脉冲旋转喷射过渡两组较佳的规范参数,进行窄间隙单层与双层焊,观察焊接工艺特性,在线能量相近的条件下,对比焊缝成形及侧壁熔透情况。试验结果表明,窄间隙内两种不同的熔滴过渡方式的弧态不同,采用脉冲旋转过渡可改善侧壁熔透,提高焊接生产率。因此,这一技术用于窄间隙焊是可行的。     

基于改进CeiT的GTAW焊接熔透状态识别方法

针对熔池信息与背景相似度高、噪声多、预测实时性差、识别精度低等问题,提出了基于改进CeiT网络模型的GTAW焊接熔透状态识别方法.首先通过MobileNetV3对Image-to-Tokens模块进行轻量化改进,提升预测的实时性能;其次设计DGCA模块改进LeFF模块来增强特征间的远程依赖关系、丰富类标记中所包含的分类信息;最后将LeFF模块中的底层特征和高层语义特征进行融合,提高模型对熔池特征的表示能力.仿真结果表明,与MobileNetV3,ResNet50,ShuffleNetV2,DeiT和CeiT模型相比,所提出的模型获得了更高的准确率和较快的检测速度.     

TIG焊接熔透熔池的数学模型

根据流体力学理论和变分法原理，推导出了熔透情况下ＴＩＧ焊接熔池上表面和下表面变形的方程，建立了ＴＩＧ焊接熔透熔池流场与热场的数值分析模型，采用非正交贴体曲线坐标系成功地处理了熔池表面的曲面边界，将熔透情况下熔池上下表面变形的计算，与熔池流场与热场的计算相结合，不仅较好地计算出熔池的流场与热场，同时求得了焊接熔池的上下表面变形。焊接工艺试验表明，根据该模型计算的焊缝成形与试验测试结果吻合程度良好。     

窄间隙MAG焊在压力容器中的应用

介绍窄间隙MAG焊接方法的优点和国内研究现状,结合当前形势阐述窄间隙MAG焊接技术在板厚30 mm以上压力容器现场组焊中的应用优势和研究的必要性;从理论上分析影响窄间隙MAG焊推广应用的因素,提出相应的工艺对策及合理化建议;进行多组焊接试验、混合气体配比试验及焊接接头工艺性能试验,试验结果验证了所选工艺及措施的正确性,为窄间隙MAG焊技术在常用厚壁压力容器现场组焊中的应用提供经验。     

304不锈钢快频脉冲TIG焊的熔透识别与闭环控制

焊缝熔透的识别与控制对提高快频脉冲TIG焊（Fast-frequency Pulsed Tungsten Inert Gas welding,FFP-TIG welding）的焊接质量和自动化水平具有重要意义。熔池图像可以作为卷积神经网络（Convolution Neural Network,CNN）的输入来识别熔透状态,但模型往往较为复杂,难以部署于工业边缘设备中,同时缺乏基于识别结果的熔透状态控制方法。针对该问题,搭建视觉传感系统来构建304不锈钢FFP-TIG焊熔池图像数据集,包括未熔透、适度熔透和过度熔透三种标签;开发基于知识蒸馏（Knowledge Distillation,KD）的熔透识别模型,利用MobileNetV2作为教师模型,用于训练自定义的学生模型ResNet-KD;基于ResNet-KD的softmax层输出向量设计模糊控制器,实时调整快频基值电流,实现熔透状态的闭环控制。结果表明,ResNet-KD在验证集上的准确率达到了97.60%,在预设电流、变散热及热量积累的工况下,模糊控制器均有良好的性能。     

基于熔池视觉特征的铝合金双丝焊熔透识别

熔透是焊接质量的重要评价指标之一,铝合金对焊接工艺敏感性较高,容易出现熔透不均匀情况.试验利用近红外视觉传感方法获取了铝合金单面焊双面成形焊接过程中未熔透、熔透和过熔透三种情况下的清晰熔池图像,通过图像处理获得了准确的熔池轮廓,定义并提取了熔宽、半长、面积、周长和抛物线系数等能反映熔透状态的熔池特征参数,建立了基于BP神经网络的铝合金双丝焊熔透识别模型.结果表明,5-13-3结构的BP神经网络对熔透状态识别的正确率最高,达到89.05%.     

MAG焊熔池图像特征及可用信息分析

针对MAG焊焊接过程的特点,采用被动式视觉传感的方式,利用近红外CCD摄像机,配合1064nm窄带滤光片和0.1%中性减光片组成的复合滤光系统,很好地排除了弧光的干扰,采集到大量高清晰的MAG焊短路过渡、射滴过渡、射流过渡熔池图像.利用数字图像处理技术对熔池图像进行图像处理,并提取出反映焊接质量的图像特征信息.对于单幅熔池图像进行了灰度分析,并提取了三条熔池图像等值轮廓线;对于连续多帧熔池图像,提出了利用熔池图像差影检测和熔池图像平均灰度来研究MAG焊焊接过程的新思路,为熔化极气体保护焊焊接过程质量控制奠定了基础.     

活性气体对马氏体不锈钢MAG焊熔敷金属性能的影响

针对大型水轮机转轮用ＺＧ０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ高强马氏体不锈钢的熔化极气体保护焊工艺，研究了活性气体对焊丝ＨＳ３６７Ｌ和ＨＳ１３５Ｌ熔敷金属化学万分的力学性能的影响。     

基于视觉的MAG焊气孔缺陷图像特征初步探讨

针对MAG焊特点,利用被动式熔池视觉传感系统,采集到清晰的熔池图像;通过同步对比试验方法,系统地对焊接气孔缺陷与熔池图像特征信息之间的关系进行了研究,提取了表面气孔、内部气孔(夹渣)对应的熔池图像特征,并从灰度均值和标准差的角度研究了焊接气孔缺陷产生过程中熔池图像变化情况及奇异特征.试验表明,通过熔池视觉图像特征判断气孔焊接缺陷,具有良好的可行性,为基于视觉传感的焊接缺陷自动识别提供了技术依据;一种图像特征可能预示有多种焊接缺陷产生的可能,一种焊接缺陷可能有多种图像特征显示.