基于声音信号的GMAW焊接状态监测方法研究

针对焊接过程中因保护气体和外部气流干扰等情况所产生的异常焊接状态,提出了一种基于电弧声音信号特征结合长短期记忆（LSTM）神经网络的监测方法,基于梅尔频谱（Mel-spectrogram）下的电弧声音特征对焊接过程进行分析。采用高速脉冲全位置熔化极气体保护焊（GMAW）下行焊焊接技术,搭建了短弧高速脉冲X80管线钢GMAW实验平台,记录了全工况条件下的电弧声数据。根据电弧声音信号特点,采用daubechies小波作为小波基函数,利用启发式阈值对电弧声信号进行分解和重构,有效提高了电弧声音信号的信噪比。通过正常和异常焊接状态下声音信号的梅尔频谱特征训练LSTM神经网络,建立了电弧声音信号的预测模型来检测异常焊接状态,该方法的灵敏度可以达到94.57%。     

基于EKF的GMAW实时焊缝跟踪研究

熔化极气体保护电弧焊（gas metal arc welding,GMAW）焊接过程存在惯性大、时滞大等非线性特征以及不确定的干扰因素。为了提高焊接质量,文章提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器（extended kalman filter,EKF）算法的焊缝实时跟踪技术,采用霍尔电流传感器来捕捉实时焊接电流。为了实现焊枪摆动中心始终对准焊缝中心,文章通过有限长单位冲激响应滤波器（finite impulse response,FIR）对采集的电流进行滤波,并建立提取焊枪高度和水平偏差的数学模型,采用EKF实现控制焊枪。通过在有垂直和水平方向偏差的焊缝上进行实验验证,结果跟踪精度可达到±0.25 mm,所以该方法可满足机器人实时跟踪的要求。     

线结构光管道焊缝表面形貌重建与质量评估

为了检测管道焊缝表面质量,建立了基于线结构光的检测系统。首先通过图像处理提取中心线与特征点,测量出轮廓仪回转中心与待测管道的轴线偏差。然后对平台空间位姿进行校正,获取了焊缝表面形貌信息,通过数值运算和点云处理,重建了管道焊缝表面的三维形貌。再通过最小二乘改进算法拟合母材平面,提取焊缝的边缘轮廓。最后根据测量出的余高和焊缝宽度等参数,建立理想焊缝模型,设定空间阈值,识别焊缝缺陷,检测焊缝成形质量。实验结果表明,与直接在每一帧轮廓线上进行检测的方法相比,所提方法的效果优良。     

WC含量及热处理对WC-Fe60熔覆层组织与性能的影响

利用激光熔覆技术在20钢表面制备了WC质量分数分别为0、10%、20%的WC-Fe60复合熔覆层,并对20%WC-Fe60熔覆层分别在600、800℃进行热处理,研究WC含量及热处理对WC-Fe60熔覆层组织与性能的影响。结果表明,激光熔覆WC-Fe60复合熔覆层组织以树枝晶和等轴晶为主。随着WC含量的增加,熔覆层内枝晶明显减少,等轴晶数量增加,熔覆层的显微硬度、耐磨性能逐渐提升,但耐蚀性能有所降低。20%WC-Fe60熔覆层经热处理后,组织较未热处理时细小,显微硬度、耐磨性能及耐蚀性能都获得极大提升,其中经600℃热处理的熔覆层获得最佳的耐磨、耐蚀性能。     

热处理对高速激光熔覆不锈钢熔覆层组织性能的影响

通过高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面制备了不锈钢熔覆层,并对熔覆层进行了热处理。对熔覆层热处理前后的组织形貌与结构进行表征,并对熔覆层的显微硬度、摩擦磨损性能、冲击性能以及耐蚀性进行试验与分析。研究表明,熔覆层主要存在BCC相组成的α-(Fe, Cr),M₇C₃、M₂₃C₆碳化物以及Cr₃Si强化相;经过热处理后,熔覆层晶粒得到显著细化且分布更加均匀。热处理后熔覆层的硬度较未热处理时提高不明显,但硬度分布更为平缓,平均硬度达到446 HV0.2;磨损率下降1.7×10^-5 mm³·(N·m)^-1,冲击性能提高28.6%,自腐蚀电流密度仅为热处理前的9.19%。