脉冲熔化极气体保护焊熔池图像的检测与处理

利用CCD摄像机和复合滤光技术建立了一套熔池图像实时采集系统。利用光谱分析,提出了适合于脉冲熔化极气体保护焊(P-GMAW)熔池成像的滤光光谱窗口,并对中心波长分别为665nm和1064nm滤光系统的成像质量进行了分析。分析了P-GMAW单个脉冲内的不同时刻的熔池图像,研究表明脉冲基值结束期间为最佳的取像时刻。使用中心波长为665nm的滤光系统,从熔池正后方取像,获取了清晰的熔池图像。针对所获取的典型的P-GMAW熔池图像,详细研究了其成像机理。开发了一套熔池图像处理程序,利用该程序提取了完整的熔池轮廓。     

脉冲GTAW熔池动态过程的辨识模型

焊接熔池动态变化过程是一个具有强非线性、多变量耦合作用以及大量随机不确定性因素的高度复杂过程,因此很难得到溶池动态特征的解析数学模型,使得焊接熔池的动态过程建模成为焊接界和控制界的一大难题,也是实现焊接自动化的本质困难。为了对脉冲GTAW（气体保护钨极氩弧焊）熔池动态过程特性有一个基本受控制性能的认识以实现对脉冲GTAW熔池变化过程的有效控制。本从经典控制系统设计的角度考察脉冲GTAW熔池动态特性,利用试验数据采用系统辨识的方法求取其熔池特征动态性能的数学描述,获得了脉冲GTAW熔池动态过程中分别以脉冲峰值时间和焊接速度为输入,以背面熔宽为输出的两个单出（SISO）过程的传递数模型,并对模型进行了检验。所建模型有助于研究脉冲GTAW熔池动态过程的受控性能,对改善其控制系统设计具有参考价值和指导作用。     

Ti-6Al-4V超高频脉冲GTAW焊缝气孔分析

以Ti-6Al-4V钛合金为母材金属进行焊缝气孔研究,试验发现与常规电弧焊接(conventional GTAW, C-GTAW)相比,超高频脉冲GTAW(ultra high frequency pulsed GTAW, UHFP-GTAW)具有较好的焊缝气孔清理效果,可有效减少甚至清除气孔缺陷. 结合UHFP-GTAW电弧行为对焊缝气孔形成的气泡长大、脱离熔池壁面、上浮逸出等三个阶段分别进行分析. 结果表明,在高频脉冲电弧作用下,气泡受压,有利于气泡核长大;表面张力变大,有利于附着气泡脱离熔池壁面;Ti-6Al-4V钛合金熔池粘度随温度升高而减小,气泡逸出速度随之增大,有利于降低焊缝气孔敏感性.     

GTAW熔池形状数值模拟精度的改进

采用高斯分布或双椭圆分布热源模式对GTAW熔池形状的数值模拟中发现,计算得到的熔池尾部形状与实际情况有较大差别.文中分析了误差产生原因,提出了数值模拟程序设计中如何确定热源在工件上作用区域计算半径的三个原则.解决了计算结果中熔池尾部后拖不足的问题,提高了GTAW熔池形状数值模拟精度.     

铝合金脉冲GTAW熔池表面反射模型的建立

利用从阴影恢复形状方法计算熔池表面高度的关键是建立熔池表面反射模型。通过分析铝合金脉冲GTAW的电弧光强、滤光系统、熔池形状和反射特性、摄像机参数,建立了熔池表面的反射模型。利用熔池表面光滑模型和变因子超松弛方法计算了熔池表面的高度。     

连续脉冲GTAW熔池振荡频率的检测及分析

GTAW熔池振荡频率与熔池体积具有直接物理对应关系,但其振荡频率检测较为困难,尤其在连续焊接时难度很大. 为此,提出了一种用于定点及连续焊接条件下熔池振荡频率特征检测的激光视觉测量方法. 对定点及连续焊接条件下熔池振荡频率从未熔透到全熔透的变化规律进行了研究,并对其进行了分析. 结果表明,定点焊时熔池从未熔透到全熔透仅出现一种转变模式:突变模式;在连续焊接时由于电弧作用于熔池中心点的位置偏移,造成熔池表面出现了非对称振荡模式,引起频率转变出现了两种模式:连续转变模式和突变模式. 以上频率特征可用于GTAW熔透的传感与控制.     

填丝脉冲GTAW熔池形状定义和图像处理

在填丝脉冲GTAW过程中,从熔池图像上可以观察到熔池形状的变化,如度、长度、后拖角和表面高度等。熟练焊工可以根据变化的情况实时地调整焊接规范,保证焊缝成形稳定,利用获得的焊接熔池图像,采用一定的熔池图像处理算法可以计算出熔池形状的特征参数,以满足过程建模和实时控制的要求。本针对填丝脉冲GTAW熔池形状变化的特点,提出了统一的熔池形状非线性拟合公式和熔池形状参数。设计了快速图像处理算法,满足在实际焊接过程中提取熔池形状参数的要求,试验结果证明,熔池形状非线性拟合公式准确,图像处理算法有效,为进一步焊接过程的建模和控制奠定基础。     

银项链的脉冲钨极氩弧焊

目前银首饰焊接大部分是通过添加焊料实现的,这无疑会降低首饰的成色。因此,找到一种不添加焊料直接通过熔化来焊接的工艺显得十分必要,也具有极强的现实意义。通过研究银首饰的焊接现状,分析了现有焊接方式的优缺点,结合脉冲氩弧焊的焊接特点和金银贵金属的物理性质,详细介绍了银首饰的一种新的氩弧焊焊接方法,并制定了此种方法的焊接操作方案及最优的工艺参数,并对焊接过程中可能产生的问题做了分析,提出了改进方法。此种焊接工艺有助于改善当前银首饰的焊接现状。     

外加纵向磁场GTAW焊接机理：Ⅰ电弧特性

针对外加纵向磁场GTAW（gas tungsten-arc welding)焊接过程,采用红外热像伪着色法测定了外加纵向磁场GTAW焊接电弧的温度场,并建立了外加纵向磁场GTAW焊接电弧热流密度径向分布模型,对焊接电反外形的变化,焊接电弧电流,电压与外加纵向磁场强度变化的关系进行了研究。     

基于线形化算法的熔池三维形状提取

在自动化焊接过程中,焊接熔池形状是判断焊接质量的主要依据.熔池三维形状包含有更丰富的焊接质量信息,采用阴影恢复技术对熔池图像进行恢复.一种快速的线形近似求解方法被用来求解焊接反射图方程,得到了熔池高度迭代式.采用Kalman滤波的思想,完善了该算法实际执行过程中可能出现的问题.试验熔池图片验证了该算法是快速并且有效的.     

Study on welding power source used in intelligent control system for weld pool shape in pulsed GTAW

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Numerical analysis of weld pool geometry in pulsed current plasma arc welding

Numerical analysis of weld pool shape and size is of great significance for selection and optimization of the process parameters in pulsed current plasma arc welding (PAW). In this paper, a mathematical model and relevant algorithm are developed to determine the temperature profiles and weld pool geometry in pulsed current PAW through employing an adaptive heat source model. The volumetric heat source consists of semi-ellipsoid at upper part and a conic body at lower part along the workpiece thickness direction. The dynamic variation features of weld pool shape during a pulse cycle are numerically simulated. The calculated weld cross-section is consistent with the measure one.     

焊接电参数对GTAW熔透状态的影响

针对非熔化极气体保护焊(gas tungsten arc welding, GTAW)过程中因焊接参数波动、热传导条件变化难以实时检测和控制熔透的难题,考虑304不锈钢相变潜热随温度的变化,建立了焊接电参数与熔池相变潜热、背面熔宽间的动态变化数学模型,仿真研究了改变焊接电流、电弧电压对焊缝熔透状态的动态影响规律,预测了恒定电参数下点焊熔透状态发生改变的时间. 采集了同参数焊接过程中表征熔透状态变化的反射激光点阵视频图像,统计计算了实际熔透发生改变的时间. 结果表明,所建立的动态数学模型能够反映焊缝熔透状态随电参数的动态变化过程,且焊接电流对熔透状态的影响更显著;熔透变化预测时间与实测时间一致.     

Visual sensing and morphological image processing of weld pool in laser spot welding

A visual sensing system was established to monitor the weld pool in laser spot welding.The top-hat and bottom-hat transformation algorithms based on mathematical morphology were used to compensate for non-uniform contrast of weld pool edge.Moreover,the canny edge detector was applied to extract the weld pool profile.The edge detected results show that the morphological operation is obviously superior to the traditional contrast enhancement method.In addition,the combination of dilation and erosion was applied to eliminate the irrelevant edge details,and the smooth weld pool edge was acquired.Based on the image processing technology described above,the dynamic process of weld pool diameter during laser spot welding was obtained.     

自动TIG堆焊熔敷铜熔池图像视觉检测试验

提出了近红外波段取像的思路，设计了基于不同取像机理的两种复合窄带滤光系统，在脉冲TIG焊的电弧加热下，采用普通CCD传感器从正面对重熔自动TIG堆焊铜熔池进行了传感采集，对1064nm、980nm、520nm和405nm滤光条件下的取像结果进行了比较分析，找到了相对较好的取像窗口，获得了清晰的铜熔池图像。由传感试验结果得出，采用TIG弧热源，近红外波段易于获得较清晰的熔池图像；脉冲TIG弧基值期间利用四种滤光波段都可获得清晰的熔池图像。并对重熔自动TIG堆焊铜熔池的特征和熔深的控制进行了分析和试验研究。     

Analysis of weld pool vibration characteristics in pulsed gas metal arc welding

Using highspeed camera image measuring and processing, the contour of the weld pool was extracted accurately in pulsed metal inert gas (P-MIG) welding. Based on this extraction method, time and frequency domain characteristics at different points along the contour of the weld pool were analyzed for one pulse one droplet and one pulse two droplets, respectively. The results show that, because of the wave super position that was created by the pulsed arc and droplet impacting the weld pool, the oscillation amplitude along the weld pool fluctuated and decreased with an increase in distance from the point to the arc center. The oscillation near the arc center was complex and intense for one pulse two droplets, and the amplitude were relatively small because the oscillation caused by the pulsed arc could be offset by the molten droplet impact. The weld pool oscillation that was caused by the pulsed arc was stronger than that caused by the droplet.     

GMAW短路过渡焊接熔池的视觉检测

针对GMAW短路过渡焊接过程的熔池视觉检测,采用普通工业CCD摄像机,通过光谱分析选择窄带复合滤光器。设置了CCD摄像机曝光时间,分析短路过渡电压波形,确定了CCD摄像机采集时刻并设计了短路检测及CCD摄像机外触发电路,准确地将CCD摄像机的曝光时刻定位于短路过渡阶段。提出了正前方小角度和正后方大角度的图像采集方式。结果表明,采用以上图像采集方案,利用普通工业CCD摄像机可拍摄到连续清晰且不失真的熔池图像。并设计了图像处理算法,提取出完整的熔池边缘。