发展中的焊接电弧光谱测控技术

焊接电弧的研究是研究电弧焊中一切焊接现象和焊接过程的基础。电弧中含有丰富的光谱信息 ,研究并利用这些信息进行焊接电弧的测控是研究焊接电弧这一复杂物质的最直接最有效的方法。本文简单介绍了电弧光谱测控理论和这方面的研究情况 ,认为这一技术有着很广泛的应用前景。     

发展中的焊接电孤光谱测控技术

焊接电孤的研究是研究电孤焊中一切焊接现象和焊接过程的基础。电弧中含有丰富的光谱信息,研究并利用这些信息进行焊接电弧的测控是研究焊接电弧这一复杂物质的最直接最有效的方法。本文简单介绍了电弧光谱测控理论和这方面的研究情况,认为这一技术有着很广泛的应用前景。     

不同窗口的电弧光谱信息与焊丝熔滴过渡

用光谱窗口替代光谱仪是实现熔滴过渡电弧光谱信息在线控制的基础。有两种不同的熔滴过渡光谱窗口选择方法：选取以焊丝金属谱线为主的窗口或选取以保护气体元素光谱为主的窗口，不同的光谱窗口所反映的信息不同。通过实际选取这两个窗口，获得了相应的电弧光谱信息，并对这些信息特征进行了分析。结果表明，以焊丝金属谱线为主的光谱窗口光谱信息能很好地反映熔滴过渡过程是因为焊丝金属元素在电弧中的浓度分布直接反映着熔滴过渡，以保护气体元素光谱为主的窗口对电弧中的熔滴过渡反应程度较差是因为保护气体元素粒子浓度只能间接地反映熔滴过渡。要检测电弧熔滴过渡应选择焊丝金属元素谱线密集的光谱波段。     

焊接电弧熔滴过渡特征光谱窗口的选择

焊接电弧光谱是一个丰富的信息源，电弧中各种变化都能在电弧光谱中得到体现，不同波段不同谱线的电弧光谱所包含的信息各不相同。熔滴过渡过程直接导致电弧空间粒子浓度和分布的变化，检测相应的电弧光谱就能检测喷射过渡电弧的熔滴过渡。文中介绍了熔化极电弧光谱分布特征，分析了窗口光谱辐射理论，提出了焊接电弧熔滴过渡特征光谱窗口的选择原则，并在此原则指导下选取了特征光谱窗口。对熔滴过渡过程进行检测和控制。试验证明，这种特征窗口光谱信息能够像光谱仪谱线信息一样很灵敏地反映熔滴喷射过渡过程，可以利用该信号进行熔滴过渡闭环精确控制。文中的熔滴过渡信息的检测和控制都取得了非常好的效果。     

脉冲熔化极氩弧焊熔滴过渡过程多信息融合

利用同步采集系统采集了固定脉冲GMAW熔滴过渡过程的电信息和光谱信息,准同步拍摄了电弧的图像信息。在反映熔滴过渡特征方面,电信息(电弧电压和电流)、光谱信息和图像信息通过时间为主线融合在一起存在明显的对应关系。其中,光谱信息变化最为显,信号强度变化占总强度的47．5％。电弧光谱信息明显反映了GMAW熔滴过渡期间焊丝端头缩颈、熔滴长大和分离等过程。DFT(Discrete fourier transform)分析进一步证明,在反映熔滴过渡频率特征方面,电信息和光谱信息完全对应。     

焊接电弧等离子体的平衡性质

本文从理论分析和试验验证两个方面，对焊接电弧过程的热平衡特点，限度以及影响因素进行了较为深入的观察和探讨。分析和计算了焊接电弧系统达到ＬＴＥ状态对电子密度和平衡恢复时间在数量级上的要求，实现了对焊接电弧等离子体ＬＴＥ状态的试验验证。本文的工作是焊接电弧的热力学研究及其实际应用的一个重要基础。     

熔滴过渡小型光谱传感器

光谱信息是目前所发现的反映焊接熔滴过渡的最佳信息源，但是基于光谱仪的熔滴过渡信号检测系统不能用于在线实时控制。基于光谱信息检测思想，开发了小型实用的光谱传感器。章详细介绍了该熔滴过渡小型光谱传感器的设计思想和具体设计结构，并进行了理论探索，给出了小型光谱传感器的实际结构和在线应用情况。     

电流参数变化对电弧温度场和速度场的影响

基于自由燃烧的钨极氩弧焊电弧的传热和流体流动,建立了二维稳态的轴对称模型.在此基础上对电流参数改变所引起的电弧热物理过程进行了计算,得出了改变电流参数条件下电弧温度场和速度场的分布,并分析比较了计算结果.结果表明,电流的增加引起了电弧输入能量的增加,带来了电弧整体参数的提高,与经典电弧理论基本吻合.方程的求解采用的是以SAMPLE算法为基础编写的通用热流计算软件PHOE-NICS(parabolic hyperbolic or elliptic numerical integration code series).     

光谱诊断辅助水下湿法焊接等离子体成分计算

对水下湿法焊接等离子体成分的计算一直很少，文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，对电弧光谱信息进行采集分析，根据诊断的结果及气泡成分的研究，确定了计算中所考虑的粒子. 在此基础上，通过对水下湿法焊接电弧等离子体的平衡方程的分析，基于质量作用定律，选择五种基本粒子，将其它粒子用这五种基本粒子表示，代入守恒方程组，在特定的压力和温度下计算了各个粒子的数密度，这种方法和传统的通过求解Saha方程等守恒方程组得到等离子体粒子数密度不同. 结果表明，不同温度区占据主要成分的粒子不同，对电弧等离子体产生的影响也不同，既可以为进一步研究水下湿法焊接电弧稳定性及焊接质量提供理论依据及基础，也可以和光谱信息结合进行温度计算及主要温度区间的粒子确定.     

焊接光谱信息的研究现状

对电弧焊的研究,无论从冶金学还是结构力学方面在材料加工过程中都是重要的,大部分问题的分析都必须依赖于焊接电弧所发生的现象做出正确的认识与理解。因此,需要对焊接电弧内部的物理过程及现象进行充分的研究以获取更多的信息。由于电弧的特殊性,导致直接测量焊接电弧困难。以往的对于电弧声信号、电信号和光强信号的研究,在焊接过程检测中存在一定的局限性,光谱法对克服这些困难具有极大的优越性。因此,如何获取和分析电弧光谱信息,对于焊接研究电弧物理特性具有重要意义。     

统计过程控制理论在埋弧焊中的应用

基于Microsoft Visual C 6．0,设计了埋弧焊过程焊接电流和电弧电压的采集、统计分析、显示和保存的软件系统;系统采用统计过程控制理论对埋弧焊接电流、电弧电压和热输入进行统计分析。结果表明,当埋弧焊接过程出现异常时,系统能及时提取反映埋弧焊接过程稳定性的统计信息。     

基于DSP的CO2焊短路信号的小波检测

简单介绍了连续和离散小波变换理论,结合CO2气体保护焊电弧电压信号的特点从理论上论证了小波变换方法在波控CO2焊中检测短路信号并给出短路控制信号的可行性.通过真、假短路信号及噪声信号的频谱分析,利用理论定性分析和数学公式的推导讨论了小波变换消除假短路信号和噪声信号干扰的机理.利用Matlab中的小波分析工具箱对实测所得的电弧电压离散数字信号采用不同的小波基进行小波变换分析,从分析中选出一套切实可行的小波变换数字滤波器组.最后在DSP(数字信号处理器)上编程实现短路信号的实时检测,验证了基于DSP的小波变换提高短路信号检测的实时性、准确性及可靠性.     

电弧螺柱焊技术的发展与应用

综述了电弧螺柱焊技术的发展和应用。作为一种广泛应用的螺柱焊接方法，电弧螺柱焊技术具有焊接效率高，易于实现自动化控制等优点。以焊接设备的发展更新、焊接材料的研究及应用领域为主要内容，对电弧螺柱焊中的普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊进行了比较；介绍了电弧螺柱焊中新发展的短周期控制方法，通过短周期拉弧螺柱焊技术与传统电弧螺柱焊技术的对比，突出了短周期控制方法的特点和优点；指出短周期拉弧螺柱焊是当前占主导地位的电弧螺柱焊方法，大直径螺柱的短周期拉弧螺柱焊研究将是重要的研究方向。     

MIG焊熔滴过渡的电弧光谱信号

获得熔滴过渡的信号是MIG焊熔滴过渡控制的关键,这已成为目前亟需解决的问题。文中介绍了以电弧光谱手段检测熔滴过渡的试验装置、原理和方法。通过试验测试及数据分析发现,通过熔化极电弧的光谱信号可以检测出MIG焊喷射过渡的过渡过程、过渡形式,测量过渡参数。信号幅度大,品质好;不同的过渡形式具有不同的典型信号模式;信号脉冲的形态与熔滴过渡的发展过程具有明确的对应关系。熔化极电弧光谱信号的诸特征可方便地应用于MIG焊熔滴过渡的过程控制、过渡形式的模式识别与稳定化以及过渡参数的测量。     

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.     

Auto-detection of strip area in 3D measurement

3D measurement is an important task for modern manufacturing, because 2D measurement cannot meet the increasing requirements for quality control in engineering. Among all, 3D recovery methods, by using structural lighting system are the most popular methods because of its non-destructive character. The acquiring of lighting strips, which have to be projected on the object is the most important work to ensure later matching work. In the former research, the position of the stripes in the image was very difficult to locate and must be drawn manually. Therefore, the aim of our research is to find a method to auto-detect the strip area. FFT (fast Fourier transform algorithm) are used to analyze the image character by row and by column. From the FFT result, in the power spectrum the strip area and non-strip area can be distinguished clearly. So the strip area can be marked exactly on the image, and image process algorithm can be used to pick up the strips only on this area. After the matching and 3D recovery algorithm, the 3D shape of the object can be plotted. The auto-detection strip algorithm can save a lot of time for the 3D measurement, automatically complete the 3D recovery procedure, and bring convenience to operators.     

不同参数下MIG焊电弧光谱波动特点

熔化极惰性气体保护焊(MIG)过程中,熔滴过渡、弧长波动等会引起辐射的剧烈变化,其变化规律对于焊接质量检测具有重要意义.文中通过采集不同参数下的MIG焊电弧光谱分布,研究其在焊接过程中的变化规律;并结合该参数下熔滴过渡特征,基于电弧物理理论,对典型参数下光谱波动的规律进行物理解释.结果表明,不同参数下电弧光谱的分布和变化规律不同,具有各自的光谱分布特征;在MIG焊接过程中,由于熔滴过渡会造成光谱信息的规律波动,但在过渡的不同时间段,光谱信号在不同谱段(紫外区、可见光区、近红外区)的变化规律存在较大差异.