激光增强水下MIG焊接电弧声测试与分析技术研究

发布时间：2017-09-08 12:45

  本文关键词：激光增强水下MIG焊接电弧声测试与分析技术研究

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【摘要】：高压干法水下MIG焊接由于其高效、低廉和广泛的适应性,是海洋结构物、核电堆内构件等水下环境焊接作业的主要发展方向。电弧声信号是MIG焊接产生的信息源之一,反映了焊接过程的状态变化,可以作为分析焊接电弧状态、熔滴过渡以及焊接过程稳定性等的一种重要方法。在研究高气压环境对MIG焊接熔滴过渡状态的影响以及利用激光实现激光增强辅助熔滴过渡的过程中,以高压干法水下MIG焊接实验过程中产生的电弧声信号为研究对象,利用同步采集的电流、电压、电弧声信号以及高速摄像图像数据,分析不同环境压力对熔滴过渡状态和焊接电弧稳定性的影响及其在焊接电弧声上的表现,进而研究引入激光增强辅助作用前后电弧声特征与焊接电弧、熔滴过渡状态和焊接稳定性等的相关性。为实现焊接过程信号的同步采集,利用已有的多信号同步采集系统,搭建集成电弧声的激光增强水下MIG焊接实验多信号同步采集系统,实现电流、电压、电弧声以及高速摄像数据的同步采集,实验测试结果表明系统具备多信号高速同步采集功能,满足课题要求,并且对焊接过程中的干扰信号具有良好的抑制作用。针对电弧声信号容易受到外部噪声干扰的特点,采用多种硬件降噪方法并利用软件滤波和小波降噪技术手段对其进行降噪处理,测试结果表明降噪处理后明显地消除了焊接过程中电弧声信号中的干扰信号,为焊接过程电弧声信号特征提取奠定了基础。为了保证采集的电弧声信号的准确性,并为电弧声测试技术在水下压力环境下的应用奠定基础,分析水下环境压力对传声器灵敏度的影响并对不同环境压力下的传声器灵敏度进行了校准修正,从而实现电弧声信号的准确采集和精确分析。在此基础上研究了焊接电弧声与不同环境压力下焊接过程的相关性,并提取了不同环境压力、不同熔滴过渡形式对应的电弧声时域和频域特征信号。分析了高压干法水下MIG焊接电弧声产生的机理以及激光致声信号对电弧声信号的影响。在上述工作的基础上,进行了0.1MPa~0.7MPa环境压力下的激光增强MIG焊接熔滴过渡控制实验,并提取了电弧声特征信号。利用电弧声信号对焊接过程稳定性以及熔滴过渡状态进行分析评价,结果证明可以利用电弧声对激光增强MIG焊接过程熔滴过渡状态进行监控,并对焊接过程稳定性进行预测,为进行高气压环境下激光增强MIG焊接熔滴过渡的闭环控制奠定了部分基础。课题相关研究成果能够丰富高压干法水下MIG焊接过程检测研究手段,为激光增强水下MIG焊接熔滴过渡以及焊接过程稳定性在线监控提供了一种新的方法途径,具有一定的科学和工程应用价值。
【关键词】：高压干法 MIG焊接 激光增强 电弧声 特征分析
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景和意义12-14
• 1.1.1 课题研究背景12-13
• 1.1.2 课题的研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 课题来源与主要研究内容15-18
• 1.3.1 课题来源15-16
• 1.3.2 主要研究内容16-18
• 第二章 实验平台搭建与多信号采集系统设计18-26
• 2.1 实验平台搭建18-21
• 2.1.1 激光增强MIG焊接原理19-20
• 2.1.2 激光增强MIG焊接系统20-21
• 2.2 多信号采集系统设计21-25
• 2.2.1 信号采集硬件系统21-24
• 2.2.2 信号采集软件系统24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 电弧声信号处理与传声器校准26-36
• 3.1 电弧声信号噪声成分分析26-27
• 3.1.1 电磁噪声26
• 3.1.2 环境噪声26-27
• 3.2 电弧声信号降噪27-31
• 3.2.1 硬件降噪28-29
• 3.2.2 软件降噪29-31
• 3.3 传声器校准31-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 MIG焊接电弧声特征分析36-48
• 4.1 时域分析36-43
• 4.1.1 常压环境电弧声信号时域分析36-40
• 4.1.2 高气压环境电弧声时域分析40-43
• 4.2 频域分析43-47
• 4.2.1 傅里叶变换44-45
• 4.2.2 功率谱分析45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 激光增强水下MIG焊接实验48-58
• 5.1 激光增强水下MIG焊接电弧声产生机理48-49
• 5.1.1 水下焊接电弧声产生机理48-49
• 5.1.2 激光对电弧声的影响49
• 5.2 常压环境下激光增强MIG焊接实验与电弧声特征分析49-52
• 5.2.1 时域分析50-51
• 5.2.2 功率谱分析51-52
• 5.3 高气压环境下激光增强MIG焊接实验与电弧声特征分析52-56
• 5.3.1 0.3MPa环境压力下实验与分析52-55
• 5.3.2 0.5MPa环境压力下实验与分析55-56
• 5.4 本章小结56-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 全文总结58-59
• 6.2 工作展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-66
• 研究成果及发表的学术论文66-68
• 作者及导师简介68

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本文编号：814121