基于电弧声波特征的CO2焊接飞溅预测

在对短路过渡CO2 焊电弧声波信号的时频特征及其与过渡过程、焊接飞溅的相关性分析的基础上 ,利用小波变换的分析方法提取不同频段上的声波能量作为表征飞溅大小的特征向量 ,通过神经网络模型建立特征向量到飞溅量的映射模型 ,从而对CO2 焊接飞溅量的预测。结果表明 ,利用电弧声波信号能够正确地预测焊接飞溅 ,是实现焊接质量在线监控的新途径     

基于LabVIEW的焊接过程多信息分析平台

基于焊接多信息同步采集系统,采用LabVIEW图形化语言,以熔化极气保焊的焊接电流、电弧电压、电弧光谱为信号源,构建了包括电信号参数设置、电信号数据分析模块、光信号参数设置与自动选择、光信号数据分析的焊接过程多信息分析平台。可实时显示焊接电流波形、电弧电压波形、电弧辐射光谱等;系统还通过数据分析处理得到U-I相图、焊接电流和电弧电压概率密度、短路时间频次图、电弧辐射光强与波长对应图、计算焊接温度的玻尔兹曼图等,通过上述信息分析,检测电弧状态和信息,可用于焊接过程诊断和焊接电弧物理研究等。     

YAG/MAG激光电弧复合焊工艺研究

利用YAG激光焊头和MAG焊枪旁轴复合进行了1Cr18Ni9Ti不镑钢的激光电弧复合焊工艺研究。研究表明：影响复合焊过程的主要工艺参数有激光功率、焊接速度、焊接电流、电弧电压、激光焦点位1、两热源的间距和相对于焊接方向的排列方式等；在一定的焊接工艺条件下所研究的YAG／MAG复合焊具有协同效应。电弧参数测试也表明，当激光与电弧复合的协同效应存在时，复合焊电流高于电弧焊，而电弧电压降低；若电弧采用过大的焊接电流与激光复合，尤其是在较低的焊接速度时，复合焊过程体现不出协同效应．复合焊熔深反而低于激光焊熔深。复合焊激光焦点位置变化对电弧稳定性和熔宽影响小，但获得最大熔深的焦点位王不同于激光焊。激光前置焊比激光后置焊获得的熔深大，两种条件下均在两热源闻距为0.5mm时熔深最大。     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

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。     

激光-MIG电弧的复合作用及对熔滴过渡的影响

试验研究激光与MIG电弧的相互影响与相互作用,以及激光的加入对MIG电弧形态与熔滴过渡形式的影响.搭建了YAG激光-脉冲MIG电弧复合焊接试验系统,进行了焊接试验并同步采集了焊接过程中的电信号和高速摄像图片信号.通过分析电信号和高速摄像图片可以发现,对于一脉一滴的焊接过程,加入激光后熔滴过渡形式由一脉一滴变为两脉一滴过...     

TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨

在TIG-MIG复合焊中,先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧,且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像,研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明,细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键;TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外,基于气体间隙击穿的流注理论,探讨了细长放电通道的形成过程,揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.     

短路过渡电弧焊炬高度的燃弧占空比识别

短路过渡CO2／MAG焊接要实现焊接过程自动化,必须解决连续焊接时焊炬高度的自动调整问题,为此首先要识别焊炬高度。CO2／MAG焊在短路过渡焊接时,其它焊接方法常用的焊炬高度识别参数（如电弧电压、电弧电流、电弧弧长等）都处于连续变化过程中,很难庆用于此种接方法。本文介绍了一种短路过渡燃弧占空比识别焊炬高度的方法,从理论上分析了短路过渡燃弧占空比与焊炬高度的关系,设计了一套燃弧占空比采集、处理、分析单片机－－计算机工作系统。通过反复试验证明焊炬高度与燃弧占空比的相关性,为此种焊接条件下的焊炬高度自动控制打下了基础。     

高气压环境下脉冲MAG焊稳定性及其电弧电压补偿

统计分析了不同环境压力下脉冲MAG焊的电流电压波形和数据,探讨了其概率密度分布规律与高气压环境下焊接电弧稳定性的关系. 结果表明,随着环境压力增大,能量损失加剧,焊接过程越不稳定. 为了获得高气压环境稳定的焊接过程,采用提高电弧电压的方式来补偿电弧能量损失. 在0.3和0.5 MPa压力环境下,电弧电压分别提高3和5 V时,焊接过程可与常压环境相当. 提高电弧电压方式对高气压环境下焊接稳定性的提高具有显著的作用,该研究可为高气压环境下脉冲MAG焊参数优化匹配提供理论依据与试验基础.     

金属单质活性剂对镁合金A-TIG焊的影响

以4种金属单质镉、锌、钛和铬作为镁合金A-TIG焊的活性剂,分析了不同金属单质对焊缝形貌、电弧形态及电弧电压的影响.结果表明,与常规TIG焊相比,镉和锌活性剂均增加焊接熔深,钛活性剂对焊接熔深不起作用,铬活性剂反而减少焊接熔深;涂敷镉和锌时,焊接过程中电弧形态收缩,电弧电压增加;涂敷钛和铬对电弧形态和电弧电压基本没有影...     

基于线性预测分析MIG焊电弧声信号特征提取

以不同焊接状态电弧声信号识别为目的,从MIG焊平板对接射流过渡电弧声信号入手,探寻了电弧声的产生机理和传播特性.提出电弧声是气体放电的伴生物,是等离子体集体振荡以波形方式传播的结果,也是声源和声道共同作用的产物,其频谱特性主要取决于声道的频率响应.在此基础上,建立了电弧声线性产生模型,采用Levin-son-Durbin递推算法提取了电弧声信号的线性预测系数(LPC)、反射系数和对数面积比系数,并构建了电弧声信号的联合特征向量.     

Investigation on arc sound and metal transfer modes for on-line monitoring in pulsed gas metal arc welding

The arc sound was found to be strongly related to both process parameters and weld quality, like voltage and current signals, in gas metal arc welding. In this investigation, the acquired welding arc sound signal along with current and voltage signals were analyzed in time domain as well as frequency domain to correlate them with the various process parameters and metal transfer modes. The arc sound of continuous as well as pulsed gas metal arc welding at various process parameters was also compared. A major variation of auxiliary arc sound frequency peaks was observed due to change of pulse shape as evidenced by frequency domain analysis. The arc sound was also used to detect welding defects.     

用电弧声信号监测GMAW焊丝干伸长的SVM模型

为了探索电弧声在焊接质量监控中的应用途径,在对短路过渡GMAW电弧声信号频谱分析的基础上提出电弧声道概念,认为声道是受焊接参数、电弧形态等众多因素影响的分布参数系统.电弧声的LPC(线性预测)模型是声道传输特性的一个参数化估计.电弧声频谱与焊丝干伸长密切相关,但呈现出高度复杂性和非线性.利用电弧声LPC预测系数和反射系数构造输入向量,建立了支持向量机(SVM)的焊丝干伸长分类模型.训练和测试结果表明,采用不同形式核函数的SVM(支持向量机)分类器均能实现干伸长的正确分类,其性能明显优于相同条件下的RBF(径向基函数)神经网络分类模型,小样本情况下仍具有较好的推广能力.其中,用反射系数作为输入向量训练三次多项式核函数的SVM分类器性能最优,测试正确率在98%以上.据此认为,利用LPC分析提取电弧声的特征向量,建立SVM模型是一种焊接动态参数监控的可行方法.     

MIG焊熔透电弧声小波包频带能量特征提取

焊缝熔透状态的监控对焊接过程质量控制和自动化生产的实现具有重要意义,为此建立了M IG焊熔透电弧声试验系统.通过分析射滴与射流过渡电弧声频谱特征,设计了一套针对电弧声频带能量特征提取的流程.首先对焊接过程拾取的电弧声进行小波降噪;其次采用小波包移频算法进行电弧声频带提取,消除了经典小波包迭代算法由于小波包分解过程中的隔点采样而产生的频率混叠现象;然后计算频带能量并构造其特征向量.结果表明,所提取的频带能量特征能较好的反映焊缝熔透状态,为后续基于电弧声的熔透诊断奠定基础.     

基于电弧声信号特征分析MAG焊熔透状态在线监测

提出一种基于MAG焊过程可闻电弧声信号采集和处理的熔透状态在线监测方法.通过对平板拼焊射流过渡过程中典型状态下的电弧声信号的实时采集与分析,采用小波去噪和短时加窗等预处理手段,提取了11个可表征焊缝熔透状态的特征参数.通过对构造的高维联合特征向量进行基于特征级的PCA参数融合,重新合成并选取了携带最多熔透状态信息量的8维特征向量,并以此为输入和四种熔透状态为输出,建立了BP和RBF熔透状态辨识网络模型.监测模型的应用例证表明,所建立的两种网络均可实现对熔透状态的在线识别,RBF网络的识别准确率高于BP网络6.25个百分点之多,其熔透状态整体辨识准确率达到91.25%.     

焊接电弧声信号降噪技术

焊接电弧声作为焊接过程质量监控潜在的源信号之一,在传感、转换以及传输等过程极易受到设备、环境噪声的污染,从硬件、软件两个方面分别对其进行降噪处理.硬件方面包括低噪声传声器、接地装置、消除直流偏移的交流耦合、采用仪器放大器、抗混叠滤波以及屏蔽电缆等措施;软件方面运用基于多尺度分析理论的 Mallat 算法,实现了基于 LabVIEW 的电弧声小波分解重构降噪处理.结果表明,电弧声信号经硬件、软件降噪后,不仅"毛刺"得到有效滤除,而且波形突变部分更加清晰,信噪比大幅度提高,为后续电弧声信号特征分析提取以及利用电弧声来监控焊接质量提供技术基础.

Abstract：

Arc sound is well known as one of the potential source signals for controlling of welding process quality, which is vulnerable to noise pollution by equipment and environment in sensing, conversing and transmission. Therefore, it is necessary to reduce arc sound noise by hardware and software. Hardware measures include low-noise microphone, grounding devices, eliminating the DC offset exchange coupling, equipment amplifiers, anti-alias filtering and shielding cables, etc. In terms of software, by using Mallat algorithm based on principle of multi-resolution, the noise of arc sound signal is reduced via wavelet decomposition and reconstruction based on LabVIEW. The results show that the burr of arc sound is effectively filtered out, the mutations of waveform are clearer and the noise ratio is obviously increased. The reducing noise means provide technical basis for extracting characteristics of arc signal and monitoring welding quality via arc signal.     

水深环境下湿法焊接声压替代图像信号可行性分析

水深环境下水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)受周围电弧气泡生长的影响,其状态需要通过信号采集. 文中首先搭建水下湿法焊接试验平台,进行湿法药芯焊丝焊接试验,对焊接过程中的气泡声压信号、高速摄像信号、电弧电流电压信号,进行同步采集;然后对比了引弧阶段下浅水和20 m水深的气泡动态演变图像及其声压信号,结合20 m水深稳弧阶段信号,发现气泡脉冲声信号与气泡图像在气泡大小、爆破周期等演变细节上有着很好的对应关系,但随着水深增加,烟尘导致图像信号更加模糊. 最后对水下20,40 m的环境中获取到的电弧从引弧到稳弧阶段的声电信号,进行对照分析. 结果表明,气泡声压信号可以清晰地反映出气泡的变化状态,深水下声压信号替代高速摄像具有可行性.     

金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

YAG激光与脉冲MIG复合焊接

研究了YAG(掺钕钇铝石榴石 ,Nd 3:Y3Al5O1 2 )激光与脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺 ,设计制造了复合焊接机头 ,探讨了各种规范参数对焊缝成形的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 -脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成形美观 ,无气孔等缺陷 ,熔深与激光单独焊比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺。