基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测

针对磁控摆动电弧扫描焊缝获取有用信息量少的问题,提出了一种基于Kalman滤波的磁控旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测方法. 文中简述了磁控旋转电弧传感器的基本原理,对磁控旋转电弧的运动轨迹进行了仿真,利用位置传感器对电弧进行定位,采用四分圆周采样法,运用Kalman滤波原理进行滤波处理,分析了这种方法的基本原理和计算步骤,在此基础上得到空间曲线焊缝的偏差信息,并引入加权预测矫正因子对焊缝的偏差信息进行预测矫正. 结果表明,该方法用于磁控旋转电弧焊缝自动跟踪可行,提高了焊缝跟踪的精度,为预测方法用于焊缝偏差算法提供了科学依据.     

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.     

基于薄板搭接的摆动式相邻电容焊缝跟踪传感器

针对薄板搭接自动焊缝跟踪目前存在的不足以及电容传感器边缘效应的特点,设计出一种应用于薄板搭接的摆动式相邻电容传感器. 首先建立了相邻电容传感器以及该传感器扫描焊缝坡口的数学模型,其次采用Matlab软件对模型进行了仿真分析,并通过试验验证了该模型的正确性及有效性. 最后搭建了跟踪试验平台进行了跟踪试验. 结果表明,采用摆动式相邻电容传感器能够实现薄板搭接焊缝的跟踪,这为薄板焊缝自动跟踪提供了一种新的技术.     

摆动式TIG焊焊缝跟踪技术

介绍以弧压为传感信号的摆动式TIG焊焊缝跟踪技术。硬件设计方面，采用两级滤波的方法，前级主要用来保护控制电路，后级主要用来滤除杂波。软件处理方面，针对搭接TIG焊的特点，采用摆动焊接方法，利用积分比较法，实现了焊缝的自动跟踪；提出加权处理的方法，对积分比较法进行修正，进一步保证了跟踪的实现，提高了跟踪精度。试验证明，该技术控制可靠，焊缝跟踪效果好。     

基于高速摆动电弧传感器的GMAW焊缝跟踪技术研究北大核心

针对现有的摆动电弧传感器普遍存在的频率较低问题,研制了特种电机直接驱动的高速摆动电弧传感器,焊枪结构简单,摆动频率高。建立了以工控机为核心的、基于摆动电弧传感器的GMAW焊接焊缝跟踪系统.编制了人机接口界面,通过对焊接电流信号采集和处理,进行焊缝偏差提取,采用PID控制有效地实现了焊缝跟踪。     

磁控电弧传感器在细丝埋弧焊焊缝跟踪中的研究

为了实现细丝埋弧焊焊缝自动跟踪,针对目前研究较多的机械式电弧传感器存在的机械结构复杂、体积大、噪声大、磨损大等诸多问题,设计制作了一种新型的磁控电弧传感器.通过对磁控电弧机理的研究.把外加磁场对焊接电弧的控制技术和摆动电弧传感器技术有机地结合起来,并将其应用于细丝埋弧焊智能焊缝跟踪领域,建立了相关的数学模型,得到了与数学模型相匹配的实际数据,证明了磁控电弧传感器应用于焊缝跟踪的可行性,为磁控电弧扫描埋弧焊焊缝跟踪的实现提供了理论和实验依据,为电弧传感器焊缝自动跟踪的研究开创了新的方向.     

基于图像处理铜包铝线缆TIG焊焊缝自动跟踪方法

针对铡包铝线缆TIG焊常出现的焊偏问题,研制了一种采用视觉传感器的焊缝自动跟踪系统.以弧光为主动光源,在电弧前方20 mill处对铜皮对口缝进行摄像.对焊缝图像进行均值滤波和减噪,采用Canny边缘检测算子对焊缝边缘进行检测,通过Hough变换检测得到焊缝边缘直线,运用计算机对其进行处理求取焊缝偏差.通过控制执行机构,调整焊枪位置,自动进行焊缝纠偏.试验结果表明,该焊接过程采用图像处理技术识别铜皮对口缝方法可行,实现了铜包铝线缆TIG焊焊缝的自动跟踪控制.     

埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪系统中的横向磁场ANSYS模拟

针对埋弧焊磁控电弧焊缝跟踪系统中磁控电弧传感器产生的外加横向磁场,文中采用有限元分析方法建立了由磁控电弧传感器产生的横向磁场计算模型.应用ANSYS软件对横向磁场进行了模拟;对该横向磁场的纵截面分布、磁流密度矢量的分布规律进行了仿真;并对模拟结果的偏差进行了分析.实际测试结果说明了磁感应强度模拟值与实测值的一致性.针对励磁电流对焊接电弧运动状态的影响进行了实际焊接试验.结果表明,焊接电弧随励磁电流的增大而摆动,且励磁电流越大电弧摆动幅度也越大.     

侧向风场作用下横向焊接旋转电弧传感及焊缝跟踪

文中利用侧向风场的吹袭作用来抑制横焊熔池的下淌,研究了在侧向风场作用下焊缝成形质量和旋转电弧的传感特性. 提出了一种基于平面拟合的焊枪偏差和电极高度检测算法,实现了同一电流信号下焊枪偏差和电极高度的同时检测. 结果表明,适当控制侧风流量有助于抑制熔池下淌、改善焊缝成形. 但是随着风速的增加,焊接电弧的熄弧率升高、电弧传感的准确性降低. 针对焊接电流的噪声干扰,还设计了软阈值小波滤波算法,并开发了相应的模糊控制算法对焊枪偏差和电极高度进行调节,初步实现了横焊焊缝的成形控制和跟踪.     

磁控摆动电弧MIG焊建模仿真系统

进行了将磁控电弧技术应用于焊缝跟踪的研究.针对磁控摆动电弧自身的特点,在建立数学模型的基础上,利用Simulink结合编写的相关M文件建立了系统的MATLAB仿真模型;通过编写相关对象回调函数设计了仿真系统对应的图形用户界面(GUI),使用户的操作形象生动,且方便灵活;最后对相关参数的影响规律进行了仿真分析.为磁控电弧传感器的设计和建立磁控摆动电弧焊缝自动跟踪系统提供理论依据.     

0Cr18Ni9不锈钢搅拌摩擦焊接头的微观组织和性能

采用搅拌摩擦焊工艺对3mm厚0Cr18Ni9不锈钢板进行了对接焊接。焊接接头内形成了焊核区、热力影响区和热影响区三个区域。焊核区由动态再结晶组织构成;热力影响区内的组织发生了不同程度的变形;热影响区由不完全再结晶组织构成。焊核区发生了明显的加工硬化现象,其显微硬度(HV)与母材相比提高了22%。在搅拌头旋转速度600r/min、焊接速度70mm/min下,接头的拉伸强度最高,达到412MPa。     

搅拌头偏移对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸强度的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min, 焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83 %。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiAl相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

Non-keyhole Friction Stir Welding for 6061-T6 Aluminum Alloy

A novel non-keyhole friction stir welding technique was proposed to weld the butt joint of 6061-T6 aluminum alloy with the thickness of 6 mm. A sound joint was obtained by this technique, simultaneously eliminating the flash, shoulder mark and keyhole defects. The sleeve directly affected zone (SDAZ) and the sleeve indirectly affected zone (SIAZ) were divided into the joint according to the plunging position of the hollow sleeve. The lack of root penetration defect was avoided when the plunging depth of the hollow sleeve was only 4.2 mm, because the hollow part inside the sleeve improved the material flow below the sleeve. An S-shaped line was left at the SIAZ, and the height of it had the minimum value of 1.47 mm at 20 mm/min. Whether the failure location of the joint was in SIAZ/SDAZ or the heat-affected zone (HAZ) depended on the height and bonding strength of the S-shaped line. The joint fracture location changed from the SIAZ/SDAZ at 35 mm/min to the HAZ at 20 and 30 mm/min. The maximum tensile strength of 224.3 MPa was obtained at 30 mm/min which was 73.7% of that of the base material. The fracture surface morphology exhibited the typical ductile fracture.     

2219-O铝合金的搅拌摩擦焊接

对2219-O铝合金进行了搅拌摩擦焊接,采用光学显微镜分析了接头的微观组织,采用拉伸试验方法评价了接头的力学性能.微观分析表明,在热机循环的共同作用下,焊核区(WNZ)发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒,并且沉淀相的数量较其它各区有所增加;热机影响区(TMAZ)晶粒被拉长、弯曲,发生了动态回复和部分再结晶,晶粒内部开始有新的晶粒生成;热影响区(HAZ)的晶粒发生粗化.力学性能测试结果表明,当转速为800r/min,焊接速度为200～400 mm/min时,接头与母材等强度,断裂发生在母材区;当焊接速度大于400mm/min时,接头的抗拉强度很低,断裂发生在缺陷处.     

搅拌摩擦焊接Al-Li合金接头的微观组织及力学性能

采用锥形带螺纹搅拌头搅拌摩擦焊接5mm厚的Al—Li合金轧制板材，并对接头组织、力学性能及断裂特性进行了研究．结果表明，焊核区组织发生动态再结晶，形成细小的等轴晶晶粒，在等轴晶的晶界处析出大量的偏析相．热影响区组织发生回复和粗化反应，形成粗大的棒状回复晶粒；热机影响区组织发生弯曲变形，但整体上仍保留带状组织形貌，前进侧热机影响区组织变形程度高于后退侧，该区同时还发生回复反应，且后退侧热机影响区内的回复晶粒数量多于前进侧．拉伸实验结果表明，焊接速度v=40mm／min时，接头强度达到最大值，为345MPa；v=60mm／min时，接头延伸率达到最大值，为9．6％．硬度测试结果表明，搅拌摩擦焊接头发生软化，前进侧的软化区宽度大于后退侧．断口形貌分析表明，接头断裂模式为韧-脆混合型断裂．     

工艺参数对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

文中采用不同搅拌摩擦焊工艺对2195铝锂合金的可焊性进行了研究.结果表明,接头抗拉强度随旋转频率的提高先增后减,随焊接速度的提高先增后减.当旋转频率为600 r/min、焊接速度为200 mm/min时,接头抗拉强度最高,为432.8 MPa,是母材强度的77.3%.接头区域的硬度低于母材.热影响区内临近HAZ/TMAZ界面的区域是整个接头中软化程度最大的区域.根据热输入的变化,断裂方式可以分为两种:模式1:断裂发生在热影响区,呈现塑性断裂特征,断口特征为等轴韧窝;模式2:断裂发生在焊核区,断裂方式为韧-脆混合型断裂.     

Al-Cu-Li合金搅拌摩擦焊接头的微观组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对2mm厚的Al-Cu-Li合金轧制板进行了焊接.接头内形成了焊核区、热机影响区和热影响区.焊核区由细等轴再结晶组织构成;热机影响区内的组织发生较大的弯曲变形,并在热循环的作用下发生了回复反应;热影响区形成了粗大的板条状组织.实验结果表明:在200mm/min的焊接速度下,接头的拉伸强度最高,达到393MPa,断裂形式为韧性和脆性的混合型断裂;在500mm/min的焊接速度下,接头强度为267.7MPa,断裂形式为脆性断裂.     

船用耐蚀钢DH36光纤激光-MIG复合焊接头组织和性能

为探索12 mm厚DH36船用耐蚀钢对接用光纤激光-MIG复合焊接工艺,分析了四种不同送丝速度对接头成形、微观组织、拉伸性能及腐蚀性能的影响. 结果表明,在送丝速度为8.5 m/min时可获得成形优良的接头,随着送丝速度的增加,电弧区和激光区焊缝的熔宽均增加.焊缝区主要由针状铁素体、先共析铁素体和一定量的贝氏体组成,送丝速度对针状铁素体的形态和数量有显著的影响.增加送丝速度对接头抗拉强度的影响不大,但减小了断后伸长率,接头断后伸长率最高达16.5%.接头极化曲线测试表明,当送丝速度为7.5 m/min时,自腐蚀电流密度最小,腐蚀倾向最低.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能分析

采用搅拌摩擦焊焊接厚12 mm的7050铝合金,分析接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,焊核区由于热循环作用形成细小的等轴再结晶组织;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象。力学试验表明:旋转速度400r/min、焊接速度180mm/min时,接头的抗拉强度可以达到391 MPa,为母材的77%;焊接速度200 mm/min,旋转速度450 r/min时,接头的抗拉强度可以达到376 MPa,为母材的74%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为穿晶和沿晶混合型断裂。