脉冲熔化极气体保护焊熔透信息检测与分析

发布时间：2020-04-21 00:31

【摘要】：焊接熔透控制是智能制造焊接质量控制中的核心问题,保证整条焊缝获得均一稳定的熔深或熔透状态是最理想的焊接结果。然而由于不同的焊接阶段所处条件的差异往往造成熔透控制效果不佳。因此本文旨在探究脉冲熔化极气体保护焊起始阶段和稳定阶段熔池动态中的焊接熔深及熔透状态规律,这将对丰富熔池传感信息、实现精准控制具有重要的指导意义。在GMAW-P焊接中利用定点焊接模拟焊接起始阶段研究熔透状态规律,固定焊接时间为2 s,通过改变送丝速度(WFS)实现不同的焊缝熔深及熔透状态。研究发现脉冲峰值阶段电弧电压波动(△U)与焊接时间的关系曲线呈先下降再水平的趋势,其转折点即为焊缝达到稳定熔深或熔透状态的时刻。根据结构激光反射法和电信号的信息融合传感,对GMAW-P连续焊熔透规律进行了分析。研究发现△U和脉冲峰值阶段电弧电压平均值(Mean_U)两个电信号特征量均可以识别焊接是否发生熔透。但该识别过程存在延迟,因此需要进行预测控制。分析了峰值阶段激光反射条纹在不同熔透状态下的特征规律,提出了基于峰值阶段熔滴过渡前以及整个峰值阶段两种情况下的特征信号,分别是激光条纹曲率和激光条纹像素累加值。研究发现,过熔透激光条纹不能分辨出每一条条纹,整体呈“小燕状”,条纹外轮廓的曲率最大,未熔透和临界熔透激光条纹可以进行分辨,随着熔深的增加,激光条纹曲率逐渐减小,临界熔透激光条纹曲率最小。整个峰值阶段的激光条纹像素累加值的变化趋势可以准确反映焊缝背面的熔透情况,当焊接由未熔透转变熔透时,像素累加值由于激光反射条纹的减少而降低,反之,像素累加值由于激光反射条纹的增多而增大。
【图文】：

装置图,焊缝熔深,测量试验,装置图

定熔池固液界面的位置，从而得到熔深[44]。然而，接触式超声波传感法应用合受限，使用要求较高，只在一些特定条件下使用[45]。非接触式超声波传感器相较于接触式优势更加明显。激光-超声非接触式传器的原理是电磁超声换能器基于激光相控阵技术分别聚焦发射超声信号和接信号，从而得到焊缝熔深与超声剪切波的飞行时间二者的关系模型[16]。但是，能器与熔池的相对位置要保证固定，这导致实际操作过程非常复杂，设备价格非常昂贵，并未得到广泛应用。后来，一种新的熔深测量技术-RGLS TOF 法，由 Kita 基于激光相控调频测法和横波渡越时间测量法开发出来。其原理是：当超声波的激发点与接收点之间距固定时，RGLS 波的传播路径只随焊缝熔深这唯一变量而改变。当由瑞利转换的纵波行进到焊缝的底部时，，会产生剪切波反射，利用超声波 RGLS TOF术可以实现焊缝熔深测量的闭环控制。试验装置图如图 1-1 所示[15, 17, 46]。秦东兴等人[14]发明了一种超声测熔深检测系统，利用了高精度运动控制和声波大数据量处理方法等，提高了检测效率和检测精度。

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(a) 熔池图像 (b) 图像处理后图 1-2 GTAW 熔池表面结构光传感图像[57主动视觉传感方法，将小功率的结构熔池表面，成功得到了反射条纹图像熔池成形控制打下了坚实的基础。已经得到广泛应用，小型激光器发出面反射的特点使激光反射到成像屏光片拍摄激光条纹，进行三维熔池表光激光器检测 GTAW 和 GMAW 焊减，而激光则衰减现象不明显，因此该度，获得清晰的条纹（或斑点）图像图像恢复 GTAW 熔池表面，其重构算提高，可以说为实现熔池的实时控制池传感，深入研究熔池动态行为，并
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG444.72

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