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.     

薄壁LY12铝合金焊接残余应力超声波法无损测量及验证

传统残余应力破坏测量方法无法满足焊接结构服役状态下的应力测量,无法实现结构的无损应力测量.基于声弹性原理,超声波法可以无损测量出结构内部的残余应力.使用临界折射纵波进行薄壁结构件测量时,易激发Lamb波和Stonely波等特殊波形,将影响测量的准确度.开发了适用于薄壁结构件测量的新型超声波法焊接残余应力测量系统,对厚度为2mm的两种LY12薄壁焊接结构进行了测量,测量过程实时无损快速.用切割释放法和有限元模拟进行了验证.结果表明,该测量系统准确可靠,为航天器薄壁焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

基于FBG传感器的自动化焊接在线诊断系统

通过以两种不同配置方式的光纤布拉格光栅传感器(FBG传感器)对电弧焊接过程进行在线监测。将FBG传感器粘在焊缝母材表面,通过在线监控钨极惰性气体(TIG)焊接过程中灵敏度、温度和振动,检测焊接时周围的等离子体柱。为提高分析的准确性,还运用了等离子光谱学。     

大型多焊缝结构焊接残余应力计算方法研究

基于有限单元法对HG785高强度焊接钢的多焊缝结构焊接残余应力进行了数值计算,分别提取了横向和纵向焊接残余应力值,得到试样残余应力的分布规律。为验证该方法的有效性,采用X射线法对该焊接结构件进行了残余应力测试,并与数值模拟结果进行对比分析。分析结果表明,该计算方法可以较好地预测大型多焊缝结构焊接残余应力的分布,同时计算效率高,操作简单,便于工程应用。     

降低焊接残余应力定量分析的应用研究

采用振动时效(VSR)来降低焊接残余应力,并利用盲孔法对焊接残余应力进行测试,推导出VSR处理前、后残余应力值的计算公式,最终实现VSR降低大型焊接件残余应力的定量分析应用研究,为同类工程消除残余应力提供了范例和经验,对VSR技术的发展及其在大型焊接结构件上的应用有着极大的推动作用.     

电阻点焊动态电极力的测试

设计了一种压电晶体式电极力测试传感器.试验表明,该传感器可在焊接过程中直接连续地测试电极力的动态变化,这对于在焊接过程中通过监测电极力的动态变化,实现焊接质量的在线监测或焊接过程的自适应控制具有重要意义.     

大型连铸机 QC 台的焊接及焊接变形控制

通过对大型连铸机ＱＣ台构件的生产装配过程论述，介绍了大型结构件的焊接工艺和方法，有效的控制了焊接变形和焊接残余应力。     

焊接结构残余应力的X射线衍射测试及分析

介绍了X射线衍射测试残余应力的原理和测试技术,采用X射线衍射方法对大型焊接结构组装态、焊态、去应力热处理态的残余应力进行了测试,分析了组装工艺、焊接工艺等对残余应力分布的影响.为大型焊接结构组装和焊接工艺的合理制定提供支持.     

电阻点焊应变式压力传感器弹性体的设计及应用

针对电阻点焊压力的在线监测,根据电阻点焊电极受力分析结果,提出通过缩短压力传感器与电极间的安装距离、减少受力不平衡带来的测量误差的方法。设计可直接安装在下电极及其电极握杆之间的应变式压力传感器,并对其弹性体进行设计计算。测试结果表明,该传感器能够实时测量电阻点焊过程中的电极压力,及时响应点焊熔核形成过程压力的瞬时变化,可间接预测熔核大小、监测焊接过程中的飞溅。     

大型笼式多层架体的焊接裂纹及变形控制

针对大型笼式多层架体分析了结构特点、质量控制要点、焊接工艺难点,进行了焊接工艺方案研究,选择了合适的焊接材料、工艺参数、焊接顺序,通过过程监测,实时调整顺序,生产实践证明,控制住了大厚度复杂结构件的焊接裂纹,有效地控制了焊接变形,满足了大型架体的高精度要求。     

基于动态焊缝切线法的大曲率弯曲焊缝跟踪

针对轮式移动焊接机器人在造船、大型球罐焊接等工业生产中的大曲率弯曲焊缝跟踪问题,在采用小波实时降噪的基础上,结合焊缝切线法的思路和滑模变结构控制方法提出了动态焊缝切线法,并且通过Matlab仿真分析和试验验证,证明了该方法能够以固定步长实时修正焊接小车驱动轮的速度,保证焊炬沿大曲率弯曲焊缝轨迹跟踪效果较好的前提下切线速度大小基本不变,提高了焊缝质量,实现了弯曲焊缝的实时自动跟踪. 为轮式移动焊接机器人在复杂轨迹的焊缝自动跟踪应用方面提供了一种新的理论思路.     

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.     

基于CCD的动车组车体焊接火焰温度场监控系统研究

高速动车组铝合金车体在进行焊接时,会在一定空间内产生温度场,而此温度场的分布又成了焊接应力场和应变场的影响因素,直接决定焊接点的焊接质量。但传统的接触式测温法无法对铝合金车体焊接温度场内各点进行实时监测。针对动车组车体生产现场的实际情况,可采用非接触式测量方法进行温度场的实时监测。结果表明,基于CCD摄像机的焊接温度场温度监测方法,运用数字图像处理技术得到焊接温度场分布,并与传统接触式测量法进行比较,结果偏差很小。此测量系统同时具有简易便携的特点,能较大程度提高生产质量和效率。     

Input electrical impedance as quality monitoring signature for characterizing resistance spot welding

Poor quality of resistance spot welding (RSW) often causes quality issues like structural integrity and noise in the car body assembly. Research activities for reliable monitoring methods of RSW quality have therefore been extensive. So far, most of the monitoring methods found in literature are good for off-line utilization only and thus very expensive to apply. This paper introduces into a real-time and in-situ RSW quality monitoring method, which takes the input electrical impedance of the welding system as the monitoring signature. This signature is obtained by probing and processing the input voltage and current throughout the welding process. As input impedance characterizes a dynamic system, its variation with time reveals the conditions of the welding process which result in the final weld quality. By recognizing the pattern of the real part by an artificial neural network, we demonstrate that the weld quality could be classified non-destructively and automatically. Due to the fast signal collecting and processing, the quality monitoring is finished almost in real-time, i.e., classification can be completed before the next welding process is started. Another feature of the method is being in-situ because monitoring action does not jeopardize the welding operation or alter any of the welding parameters in general.     

基于DIC的镍基焊材焊接接头局部力学性能研究

本文通过显微组织分析、数字图像相关技术（DIC）试验以及硬度测试,系统研究了15CrMoR母材与镍基焊材焊接接头各区域的局部力学性能。基于DIC方法获取了镍基焊材焊接接头拉伸过程的全场应变云纹发现：焊缝区域应变较小且不均匀,母材区域应变量大,热影响区均匀过渡。在此基础上构建了焊接接头不同区域的局部应力应变曲线,并揭示了焊接接头局部力学性能参数的分布规律。由焊接接头显微组织的分析可知,局部力学性能参数的分布与显微组织的分布存在密切联系。最后,结合显微硬度与强度参量在焊接接头的分布规律,构建了两者的关联方程,便于镍基焊材焊接接头局部力学参数的估算。     

基于ZigBee技术的焊接电源群组化监测系统设计

船舶焊接技术是船舶工业的关键技术之一,为了提高船舶制造业焊接设备的利用效率和焊接产品质量,并实时监测设备工作状态,提出了一种基于无线ZigBee技术的焊接电源群组化监测系统.重点介绍了系统的总体设计,包括系统总体框架、ZigBee无线网络和系统工作流程,讲述了基于Visual C++6.0开发的服务器管理系统人机界面设...     

The infrared thermography control of the laser welding of amorphous polymers

In laser welding technique, a real-time control of temperature distribution inside the irradiated materials is essential when attempting to optimize the process. For all laser welding methods that operate by the transmission principle, the difficulty of recording the developed temperature at the interface derives from the fact that materials to be welded are in contact throughout the entire process. In the present study, in order to overcome this issue, a contact-free method such the infrared thermography is used for surface temperature measurement. Corroborating this data with a numerical simulation of the temperature field evolution inside the components, an assessment of optimal process parameters is possible. The experimental investigations are made on amorphous polymers, in a typical configuration for through-transmission laser welding. The fine agreement obtained between the experimentally and calculated data, validate the infrared thermography as a non-destructive method for real-time monitoring of the welding process.     

Non-destructive evaluation of smart materials by using extrinsic Fabry–Perot interferometric and fiber Bragg grating sensors

The real-time non-destructive evaluation (NDE) technologies of engineering structures are very important to assess the performance of in-service structures. It is very difficult to carry out the on-line structural integrity monitoring by using classical NDE methods. Fiber optic sensors in smart structures provide a unique opportunity to real-time monitor the structural health status by using embedded sensors. This paper examines the possibility of extrinsic Fabry–Perot interferometric (EFPI) and fiber Bragg grating (FBG) sensors for NDE of composite and aluminum structures. The experiments of 3-point bending measurement of composite laminates and aluminum plates with and without damages by using the EFPI and FBG sensors are performed, respectively. The experimental results show that the flexural strain of damaged structures is much higher when compared with relevant undamaged structures under same bending load by using both EFPI and FBG sensors. Furthermore, an excellent accordance was found between the results of the 3-point bending tests by using surface-mounted EFPI and FBG sensors     

基于后验预测分布的机器人焊接质量监控研究北大核心

针对KUKA机器人焊接质量监测工作量大、抽样样本小的特点,提出一种基于后验预测分布的贝叶斯动态监控方法。从历史数据中选择合适的数据,计算先验分布的超参数;再结合当前样本构建服从负二项分布的后验预测分布,实时计算控制限,实现对焊接质量的动态监测。结果表明:该方法优于传统似然估计法,有更强的异常检出力和稳健性。     

基于CAN总线和USB存储的焊接参数采集系统

针对焊接生产监控和质量评估中存在的问题,提出一种基于CAN总线和USB存储的焊接参数采集与传输方案,并重点设计了采集节点的硬件和软件。数据采集节点以STM32微控制器为核心,对焊机的焊接电流、电压等参数进行实时采集并通过CAN总线传输到上位机;同时,利用USB接口芯片CH376扩展节点的USB主控功能,实现对采集数据的高速本地USB存储。CAN总线通信方案采用分时上传的调度方式,避免多节点通信时可能出现的总线拥堵。测试表明,该系统成功实现了对采集数据的低速CAN总线传输和高速本地存储,有助于促进焊接生产监控技术的发展。