基于MSPC方法的GMAW在线监测

熔化极气体保护焊(GMAW)广泛地应用于自动焊中，其焊接过程在干扰存在的情况下易产生焊接质量问题，因此，自动焊中焊接质量的在线监测已成为制造业中亟待解决的问题之一。为实现焊接产品质量的“零缺陷”及生产过程质量监测的目标，采用电弧传感获取的电信号，从单变量统计过程控制的应用结果出发，提出了把多变量统计过程控制(MSPC)应用于GMAW过程的在线质量监测。并在自我开发的一套在线监测系统上，通过试验验证了MSPC方法的可行性。     

铝合金爬坡TIG焊熔池失稳状态的视觉检测

对焊接过程中的熔池状态进行视觉检测是实现焊缝质量在线监测的重要手段. 针对中厚板铝合金爬坡钨极氦弧焊过程易出现的熔池失稳和成形缺陷问题,提出了一种基于熔池图像特征的钨极惰性气体保护焊(TIG)焊接状态监测方法. 基于构建的被动视觉传感系统,实现强弧光干扰条件下清晰熔池图像的获取. 提出了一种基于Otsu’s阈值分割和视觉显著性特征(VSF)的氦弧焊熔池图像处理算法,用于提取熔池图像的形态特征,并分析了所提取视觉特征与铝合金爬坡TIG焊过程稳定性的关系. 最后建立了支持向量机(SVM)模型实现熔池稳定性状态的在线识别. 结果表明,相对于熔池轮廓几何特征,熔池尾端熔融金属的形态特征能够更有效地反映出铝合金爬坡TIG焊过程中出现的熔池不稳定状态. 所建立的焊接状态分类模型在单一特征输入条件下,最高准确率达到95.94%. 所提出的实时检测方法为大型铝合金构件TIG焊缝成形缺陷的在线智能诊断与工艺优化提供了基础.     

MIG焊电弧声ICA信噪分离技术

MIG焊接过程中,电弧声信号极易受到环境噪声的干扰,从而破坏电弧声信号的能量特征,为此去除噪声成为有效利用电弧声信号的前提.文中以环境语音噪声为例,将相互独立的无干扰电弧声信号和语音信号线性组合成两组随机观测信号,再应用独立分量分析(independent component analysis,ICA)的快速固定点算法(fast fixed-pointalgorithm)进行分离,最后对源信号和分离后信号的时域、频域进行对比分析.结果表明,ICA在分离被环境噪声污染的电弧声信号上是可行的,为后续电弧声信号特征分析提取以及利用电弧声来监控焊接质量提供技术基础.     

铝合金填充丝TIG焊过程质量数据库

建立了铝合金填充丝TIG焊监测系统,详细介绍了过程质量数据库,采用LabVIEW和Access相结合编程,实现了对焊接工艺参数和坡口几何信息的记录,并且采用多变量统计过程控制(MSPC)中的主元分析(PCA)和统计控制图对数据进行分析和特征值的提取,实现了对焊接过程的质量分析.     

不锈钢电阻点焊在线超声检测信号特征研究

基于Comsol Multiphysics有限元数值仿真软件建立双脉冲电阻点焊过程超声监测数值模型,研究点焊过程工件内部超声场瞬态分布情况;设计了新型内置超声波探头电极结构,进行双脉冲电阻点焊超声在线监测试验,分别分析A型、M型(超声时程-焊接过程)超声回波图特征;研究点焊典型焊接缺陷虚焊的超声M型回波图特征,提出基于M型回波图的虚焊焊点鉴别方法.研究结果表明基于超声信号的点焊M显示图可反映焊接进程,可通过M显示图特征对虚焊焊点进行快速识别.     

混合气体保护焊的视觉监测分析

通过视觉技术获取焊接熔池的特征信息,可对焊接质量进行有效的实时监测。研究了焊接机器人系统混合气体保护焊焊接过程的特点,利用工业摄像头获取了清晰的熔池监测图像,并对不同焊接参数下平板焊接过程进行了实际监测试验。分析表明,视觉监测图像能够明显反映焊接外部质量的变化,对于内部质量如熔透深度的表征需要进一步的定量分析处理。     

基于CAN总线的点焊多机质量控制系统研究

在重要零件的点焊过程中,实时采集焊接现场状态参数并进行质量模糊判别,能够对焊接质量提供进一步的保证.本系统利用数据库技术提供参考参数,利用模糊推理技术为焊后焊点提供焊后质量参考并分析产生不合格焊点的原因,利用现场总线(CAN总线)作为通信媒介,同时管理多台焊机,建立了电阻点焊多机在线质量管理监控系统.此系统不仅直观地提供焊后各台焊机的焊后质量状况,而且调整并存储不同环境下的实际焊接参数,方便技术人员利用历史数据进行分析.     

9％Cr-1％Mo耐热钢熔敷金属中M-A组元的研究

通过透射电镜,扫描电镜,光学显微镜以及X射线衍射(XRD)等试验方法,对9%Cr-1%Mo耐热钢熔敷金属焊态下的显微组织进行了观察和分析,观察到了一种新的显微组织,在以前的研究文献中从未提到过.通过对其显微组织进行相的鉴别,认定它是一种M-A组元,并运用焊接冶金理论对其形成及演变过程进行了分析.直接凝固残留的奥氏体的存在是形成M-A组元的必要条件,而后的在两相区内的焊接热作用是形成M-A组元的充分条件;在焊后热处理作用下M-A组元消失,其原因在于在回火热处理温度及一定的保温时间内,残余奥氏体中碳原子与合金元素结合形成碳化物,低碳或无碳的奥氏体转变成马氏体.     

光纤光栅传感器在焊接应力在线监测中的应用

从焊接过程温度与应力应变在线实时监测的关键问题着手,概述了光纤光栅传感器的原理和优点,详细研究分析了光纤光栅传感技术在焊接应力在线监测中的应用,并提出了一种基于光纤Bragg光栅传感器的焊接应力应变在线监测系统.同时阐述了该系统的组成结构和应用特点,用实例分析验证了其应用的可行性、合理性和实用性,并对其应用于工程实际中面临的若干关键技术问题进行了具体分析.研究表明,光纤Bragg光栅传感技术的出现和发展为工程焊接结构的焊接应力在线实时监测和焊后残余应力长期安全诊断提供了先进的手段和方法,它有效地克服了传统监测技术存在的根本性缺陷,具有很好的应用前景.     

激光深熔焊熔池X光图像恢复与特征分析

X光对于焊件具有很强的穿透性,可以利用其观测和分析激光深熔焊过程焊件内部熔池形态以及匙孔能量传递效果,实现对焊接过程有效地实时监测.在大功率光纤激光焊接304不锈钢过程中,由于X光图像采集过程中的噪声干扰,导致熔池X光图像存在严重退化现象,清晰度不高,识别性较差.为此研究一种图像恢复和增强算法,对熔池X光退化图像进行恢复和增强处理,使其在处理后能够更好地被识别.以盲去卷积法试验估计出熔池X光图像退化的点扩散函数,并以此函数为参数对熔池X光图像进行维纳滤波恢复,再进行灰度变换以增强图像,进而对熔池动态特性进行分析.结果表明,所提出的方法能够有效改善激光焊过程熔池X光图像质量,突出熔池边缘轮廓特征.     

A study on the application of ICA to GMAW

A novel method, independent component analysis （ ICA ） , is introduced to gas metal arc welding （GMAW） process monitoring. ICA was applied to arc signals, i. e. welding current and arc voltage, to remove the correlation between them and extract an independent component IC. Two series of robotic GMA W experiments were carried out to study the feasibility of ICA for online monitoring. It was found that IC put up an abnormity when there was a step disturbance in the welding process. Experimental results showed that the IC could be used as a state variable representing the process variation. By applying statistical process control （SPC） for the obtained IC, a burning-through defect was isolated from the normal operation. The comparison between ICA and principal component analysis （PCA） was also made for the processes, which led to an interesting result and was in need for further study.     

管道MIG焊双通道电弧声信号采集与特征分析

对管道MIG焊双通道信号采集和特征分析做了初步研究．因管道其内部是一个相对狭小密闭的空间,回声的干扰相对较大,经过对采集的双通道电弧声信号进行ICA信号分离,对分离后的信号做小波降噪处理,信噪比得到明显提高．对降噪后的信号从时域、频域和时频域角度,综合分析管内和管外电弧声信号与焊缝熔透状态之间的内在相关性,发现电弧声信号能量及其频谱特性与熔透状态高度相关,焊接过程中信号能量幅值随熔透增大而增大,为后续利用电弧声信号来控制焊接质量提供了基础．     

Characteristics analyzing and parametric modeling of the arc sound in CO2 GMAW for on-line quality monitoring

For on-line monitoring of welding quality, the characteristics of the arc sound signals in short circuit CO2 GMAW were analyzed in the time and frequency domains. The arc sound presents a series of ringing-like oscillations that occur at the end of short circuit i. e. the moment of arc re-ignition, and distributes mainly in the frequency band below 10 kHz. A concept of the arc tone channel and its equivalent electrical model were suggested, which is considered a time-dependent distributed parametric system of which the transmission properties depend upon the geometric and physical characteristics of the arc and surroundings, and is excited by the sound source results from the change of arc energy so that results in arc sound. The linear prediction coding （ LPC ） model is an estimation of the tone channel. The radial basis function （ RBF ） neural networks were built for on-line pattern recognition of the gas-lack in welding, in which the input vectors were formed with the LPC coefficients. The test results proved that the LPC model of arc sound and the RBF networks are feasible in on-line quality monitoring.     

不同参数下GMAW电信号关联维数分析

GMAW焊接过程的非线性决定了其混沌特性,关联维数是对动力系统混沌特性进行定量分析的主要指标.文中采用相空间重构方法,通过计算关联维数,对GMAW焊接过程中电流信号时间序列进行分析;并改变焊接电压、焊接电流、气体流量等工艺参数,研究不同参数下弧焊过程的混沌特性.结果表明,GMAW焊接过程的混沌现象,不仅存在于短路过渡当中,也存在于滴状过渡中.在此基础上,进一步研究了关联维数随焊接参数的变化规律,认为关联维数可作为焊接过程稳定性评价的依据,即关联维数越小,焊接过程越稳定,焊接工艺参数越优化.上述判据对焊接工艺参数选择的工艺优化试验,焊接过程稳定性监控提供了混沌判识的理论基础.     

GMAW熔滴过渡过程稳定性自相关分析

检测了熔化极气体保护焊(GMAW)中焊接电流和电弧电压大小等参数特征,利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,分析GMAW熔滴过渡过程的稳定性与参数关系,判断焊接电流和电压是否具有周期性.阐述焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,并对焊接电流和电压信号进行自相关分析,获得信号时域的周期和方差等特征信息,直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性.     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

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.     

环境压力对GMAW电弧电离度的影响

电离度是表征电弧特性的重要指标之一,借助电离度来分析高压GMAW焊接过程,为高压GMAW焊接过程稳定性问题研究提供了一个新的视角. 采用光谱仪测试高压GMAW电弧空间点的光谱数据,使用Boltzmann法和Saha热电离公式计算出测量点的电弧电离度,从而获得高压GMAW电弧电离度的分布特征及其随环境压力的变化特性. 结果表明,随着环境压力增大,高压GMAW电弧电离度呈明显下降趋势,高压GMAW电弧电离度的减小意味着电弧空间中起导电作用的带电粒子比例减小,维持电弧稳定燃烧的难度增大,电弧稳定性下降. 另外,焊接电流增大有助于提高高压GMAW焊接过程的稳定性.