激光焊接等离子体声信号的付里叶分析

利用快速傅里叶分析手段对激光焊接热导焊、溶熔焊的稳定焊接过程以及溶熔焊时未熔透、溶透、过熔透的等离子体声信号进行频域分析,发现热导焊时由于没有等离子体存在,相应声信号频谱主要集中在低频范围,溶熔焊时等离子体产生后的声信号频谱主要集中在6kHz附近的高频范围,并且随着深熔焊接溶的逐渐加大,熔透情况由未熔透,熔透向过 熔透转变时,相应的频谱表现为6kHz附近谱线峰值经历了一个逐渐增大然后减小的过程,并且在刚好熔透时6kHz附近谱线峰值最大。     

激光深熔焊焊缝的熔透性监测研究

随着激光焊接在国防工业中的应用越来越广泛，焊接质量的监测和控制逐步成为一项重要的研究内容，而焊缝的熔透性控制是其中最重要的参数之一，特别对于一些密封件而言。通过对伴随激光深熔焊接所存在的光致等离子体的蓝紫光信号相对强度的监测，以判断焊缝的熔透性。利用信号监测系统，在焊接时采集光致等离子体蓝紫光的强度作为原始分析信号，通过对数据的分析和处理，以及大量的实验结果与数据分析结果的对比，寻求信号与焊缝熔透性的关系。研究结果表明，焊缝的熔透性与光致等离子体光信号的累积强度有对应关系，当焊缝全部熔透时，光信号稳定性非常好，而一旦焊缝处于未熔透或熔透性差时，光信号会产生极大的波动。     

金属管道未焊透缺陷红外在线检测可行性分析

针对红外热成像技术对在用高温金属管道的未焊透缺陷进行检测的问题,使用有限元分析的方法,对含未焊透缺陷的金属管道焊接接头外表面温度分布进行了数值计算,在对稳态传热计算结果进行分析之后,提出采用外表面冷却激励的方式,将含缺陷管道外表面温差放大,结合金属管道焊接接头外表面施加冷却激励过程的瞬态传热分析,对红外热成像检测的现场检验可行性进行了研究和探讨,该研究成果可以为在线运行的高温金属压力管道焊接缺陷红外热成像检测应用提供参考。     

激光焊接熔透过程同轴光信号检测

高功率激光焊接过程中，熔透是保证焊缝质量的前提。实现焊接熔透控制首先要提取出焊接熔透过程中的特征信号。本文针对激光焊接过程中的等离子体光信号检测，设计了同轴光信号检测传感器。在平板、斜板以及阶梯板焊接实验中，得出了不同熔透状态下，同轴光信号的变化规律。     

镀锌钢激光添粉焊接的等离子体监测机理

采用CO2激光器对1.6mm厚的B340/590DPD+Z镀锌钢板间添加不同量铜粉进行了激光搭接焊。基于光谱仪采集的焊接等离子体光信号,分析添加铜粉对焊接过程产生的等离子体光信号的影响,以及焊接气孔与等离子体光信号的关系。焊后采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对焊缝截面扫描,检测铜元素的平均含量及气孔内壁主要元素的分布变化。研究结果表明,添加铜粉较未添加铜粉激光搭接焊时,等离子体温度振荡显著降低,平均温度下降约5000K;气孔内壁存在着铜锌固溶体合金,且焊缝中的气孔缺陷与CuI324.8nm谱线强度存在着关联。此结果为镀锌钢添加粉末激光焊接监测提供了理论依据,并为等离子体控制技术提供了一种新的方法。     

侧吹气体对不锈钢薄板CO2激光焊接过程的影响

为了研究侧吹辅助气体对CO2激光焊接过程的影响及其机理,在不锈钢薄板CO2激光焊接过程中,用高速数字摄像机拍摄了不同侧吹工艺参数下等离子体的动态变化过程。对比分析了侧吹工艺变化对等离子体行为和焊缝形貌的影响。结果表明:顶吹气流和侧吹气流的合流角约为40°时焊缝背面熔宽最大,喷嘴高度和流速变化对薄板激光焊接过程有显著的影响;薄板CO2激光焊过程中工件表面上方的等离子体云团有两种典型的形态,即焊透时出现体积较小的等离子体云团和未焊透时出现的体积较大的等离子体云团。     

激光焊接缺陷声信号的小波分析

利用小波变换对拾取的激光焊接等离子体的 AE信号进行分析 ,通过对比激光焊接的稳定过程及出现间隙、错边缺陷时的 AE信号 ,发现信号的低频分量在缺陷发生时幅值较正常稳定焊接时有较明显的下降 ;AE信号在 156 2～ 6 2 50 Hz频段部分的能量也存在类似现象。利用小波分解技术能够将信号划分到不同的频带范围这一特性 ,可以实现 AE信号的信息分离 ,从而能够提取AE信号的特征信息 ,进而实现对激光焊接的过程控制。     

基于声音信号的GMAW焊接状态监测方法研究

针对焊接过程中因保护气体和外部气流干扰等情况所产生的异常焊接状态,提出了一种基于电弧声音信号特征结合长短期记忆（LSTM）神经网络的监测方法,基于梅尔频谱（Mel-spectrogram）下的电弧声音特征对焊接过程进行分析。采用高速脉冲全位置熔化极气体保护焊（GMAW）下行焊焊接技术,搭建了短弧高速脉冲X80管线钢GMAW实验平台,记录了全工况条件下的电弧声数据。根据电弧声音信号特点,采用daubechies小波作为小波基函数,利用启发式阈值对电弧声信号进行分解和重构,有效提高了电弧声音信号的信噪比。通过正常和异常焊接状态下声音信号的梅尔频谱特征训练LSTM神经网络,建立了电弧声音信号的预测模型来检测异常焊接状态,该方法的灵敏度可以达到94.57%。     

CO2激光-MIG复合对接焊熔透工艺

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。因此研究了CO2激光惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接3 mm厚不锈钢板时激光功率、电弧电流、激光-电弧距离、焊接速度、坡口间隙等工艺参数对根部熔宽的影响，并通过CCD摄像机对焊接过程中的等离子体进行了观察。研究表明，随着焊接参数的变化，CO2激光-MIG复合焊存在四种熔透状态，对某一间隙范围，选择合适的激光功率、电弧电流、激光电弧距离与焊接速度可以获得“适度熔透”的良好根部成形。激光功率、电弧电流过小，速度过大则会产生“未熔透”或“不稳定熔透”，反之则“过熔透”。间隙较大时，激光功率对熔透的影响较小。另外还研究了不同激光电弧距离对等离子体形态及其对熔透的影响。     

激光技术在轿车底板拼焊中的应用研究

本文简要地叙述了激光技术在轿车底板及其他复盖件剪裁拼焊坏板中的应用、国外发展近况，以及作者用武钢产镀锌板和深冲板进行激光拼焊研究的工作。研究表明，国产深冲板的激光拼焊能够满足轿车底板及其他复盖件的要求；利用焊接过程中等离子体幅射的声、光效应、可以实时监测焊接过程过大的装配间隙和错边造成的缺陷。     

激光焊接质量实时检测和控制的进展

详细介绍了可用于激光焊接质量控制的声、光、电、热等信号的物理特征。从信号检测、信号分析以及控制技术三个方面详细地综述了目前激光焊接质量的实时检测和控制技术的进展。     

脉冲激光焊接钛合金薄板的熔池深度预测

激光焊接过程产生的焊斑熔深直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂,影响因素众多,许多参数难以量化。以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。通过声波频谱减法对采样的声频信号进行降噪处理,并分析了声频信号的时域和频域特征,找到了声频信号和焊斑熔深的关系。采用径向基函数神经网络对钛合金薄板焊接过程的焊斑熔深进行预测。神经网络以声压强偏差、频带功率、激光功率和焊接速度作为输入。实验证明,在不同激光功率下该方法可准确预测焊斑熔深。     

激光焊接过程多传感器在线检测系统的设计

为了提高激光焊接质量实时检测的可靠性,采用虚拟仪器平台LabVIEW搭建了多通道信号采集和分析系统,同时检测激光焊接过程中与焊接质量密切相关的可听声(20Hz~20kHz)、等离子体蓝紫光(400nm~500nm)、红外辐射(1200nm~1600nm)等3路信号。采用数字信号处理手段分析了3路检测信号的相关性,发现两路光信号变化完全同步,而声信号在时间上滞后于两路光信号,滞后时间等于声音传播所需要的时间,验证了所采集3路信号的有效性;并通过实例证明了采用多传感器检测在可靠性方面的优势。实验结果表明,采用多传感器检测与进一步的信息融合是实现激光焊接过程实时监测的发展方向。     

激光焊接过程实时监测

在利用小波变换对拾取的激光焊接等离子体的AE(AcousticEmission)信号进行分析的基础上 ,对小波分解后得到的细节信号作进一步处理。在此基础上提取的曲线很好地反映了激光焊接过程的状态变化 ,能够快速地检测到焊接缺陷 ,这说明应用曲线实现激光焊接质量控制是可行的。     

光纤激光焊接过程中缺陷的监测与诊断

为了识别激光焊接过程中间隙和错边缺陷,采用自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统,实现不锈钢焊接过程中等离子体可见光信号及熔池红外光信号的实时监测,并利用滤波和短时傅里叶变换的信号处理方法对不同缺陷的光信号进行数据分析。得到了信号时域频域随焊接缺陷的变化规律,当出现间隙缺陷时,可见光信号时域幅值从1.5V降至0.2V,1000Hz~4000Hz频率成分缺失,红外光信号时域幅值由3.5V降至1.0V,2000Hz~7000Hz频率成分缺失;当出现错边缺陷时,可见光信号时域幅值从2.0V降至0.5V,红外光信号时域幅值由4.0V降至0.5V,两者0Hz~1000Hz频率成分均缺失。结果表明,可见光信号与红外光信号与激光焊接状态存在一定的相关性,利用光信号的幅值与频率的变化可以有效地识别激光焊接过程中的缺陷。这对实际生产具有一定的应用价值。     

光学传感器对水下Nd:YAG深熔激光焊接过程检测的研究

水下激光焊接是一种用于核电站堆芯构件和压力容器的关键维修技术,本文对水下激光焊接产生的红外光辐射信号与焊接质量的关系进行了研究。实验结果表明,当工件表面的水深超过3mm时,一种蓝色的非金属等离子体将形成并对激光产生强烈的衰减,焊缝的熔深不到正常焊接条件下的1/20。利用气体喷嘴在工件表面形成局部于燥空间,研究了不同喷嘴直径、气体流量条件下光信号和焊缝质量的关系,得到了光信号的波动幅值与局部干燥空间的合适保护条件的关系。     

激光深熔焊接阈值表征及特性

采用CO2和Nd∶YAG激光器焊接A3钢,结合高速摄像和光谱分析,研究激光深熔焊接阈值的表征及特性。结果表明,以激光功率与光斑直径之比作为深熔焊接阈值的表征参量,深熔焊接阈值与光斑大小无关;而临界功率密度随光斑尺寸不同而变化。YAG激光焊接模式转变阈值明显大于材料蒸发的阈值,在模式转变前的热导焊接阶段,金属材料已出现显著蒸发,而焊接模式转变后,蒸气羽辉的光谱保持不变。CO2激光焊接模式转变前,金属仅发生微弱的蒸发。深熔焊接时,蒸发显著加强,且蒸气部分电离。分析表明,CO2激光焊接时,蒸气电离形成等离子体,增加金属对激光的吸收,促进深熔焊接过程的建立。     

激光空中探测水下目标的新方法研究

为了实现在空中利用激光技术对水下目标进行探测的目的,基于迈克尔逊干涉仪的基本原理,提出了一种从水面散射激光中获取水下声源信息的新方法。设计并实现了一套空中探测水下声信号的实验装置。实验结果表明：频谱分析图中的峰值频率即为水下声源的发声频率,系统能够实时探测发声频率在1 kHz～14 kHz的水下声源,且测量标准偏差小于7 Hz。该方法为航空遥感水下目标提供了一条新的技术途径。