【摘要】：焊接技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)中最重要的材料成形和加工技術(shù)之一,應(yīng)用領(lǐng)域幾乎遍及所有的工業(yè)制造領(lǐng)域,焊接質(zhì)量直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量上的保障,同時關(guān)系到產(chǎn)品可靠性及使用年限,還涉及成本、效率與市場反映等等,焊接質(zhì)量管理系統(tǒng)的構(gòu)建具有劃時代的意義。針對弧焊車間焊接設(shè)備數(shù)目眾多、區(qū)域分散不集中、環(huán)境復(fù)雜且存在大量干擾的情況研究開發(fā)了弧焊車間網(wǎng)絡(luò)化焊接過程質(zhì)量管理軟硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了焊接工藝及其相關(guān)信息的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)庫管理、焊接過程工藝參數(shù)和熔池視覺圖像的協(xié)同傳感采集、分析及網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)據(jù)庫管理。雙絲脈沖熔化極惰性氣體保護(hù)(Pulse Metla Inert Gas,PMIG)焊焊接過程存在熔滴過渡與兩電弧間復(fù)雜的相互作用等情況,相對于其它弧焊方法影響其焊接過程質(zhì)量的因素更加多樣更加復(fù)雜,本文焊接過程工藝參數(shù)與熔池視覺圖像的分析圍繞鋁合金雙絲PMIG焊展開。焊接過程電流電壓信號的變化可以一定程度的反映焊接電弧性能,例如弧長變化和有無短路飛濺、斷弧、熔滴過渡異常等情況在電信號上都有反映。文中針對鋁合金雙絲PMIG焊焊接過程電流電壓參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析,包括前后電弧電壓概率密度分析和前后電弧UI相圖分析,得出焊接電弧電壓概率密度曲線及UI相圖與焊接過程穩(wěn)定性之間的定性關(guān)系。基于焊接過程是存在強(qiáng)干擾的非線性過程,焊接工藝參數(shù)瞬態(tài)信號屬于典型的非線性、非平穩(wěn)信號,文中引入了一種時頻分析方法-變分模態(tài)分解(Variational Mode Decomposition,VMD)來進(jìn)行焊接過程電流參數(shù)分析。通過信號頻譜觀察法確定了 VMD算法的重要參數(shù)K,并且經(jīng)過VMD分解得到了脈沖電流的直流分量和各次諧波分量,有效的避免了模態(tài)混疊現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上提出采用各分模態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差熵和奇異譜熵的方法評價焊接過程穩(wěn)定性,經(jīng)試驗與分析該方法有一定的有效性和穩(wěn)定性�；陔娀釕T性等對電弧電導(dǎo)率的影響,使得脈沖電流上升段與下降段電壓變化明顯不同,提出采用瞬時電弧電壓除瞬時焊接電流得到焊接電弧瞬時等效電阻作為焊接過程電參數(shù)分析的一項基本參數(shù)。并將焊接過程電流信號、電壓信號與等效電阻信號的近似熵、樣本熵與模糊熵值進(jìn)行了對比,得出焊接過程電流電壓參數(shù)近似熵值與等效電阻模糊熵值均可一定程度的反映焊接過程穩(wěn)定性,并且隨著焊接過程穩(wěn)定性的增加而減小,其中等效電阻模糊熵值對焊接過程穩(wěn)定性變化更加敏感。鋁合金雙絲PMIG焊接過程中前后電弧存在復(fù)雜的相互作用,文中引入反映兩時間序列相互獨(dú)立性的互模糊熵對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析,并將前后電弧電流信號、電壓信號的與等效電阻信號的互模糊熵進(jìn)行了對比,得出等效電阻信號互模糊熵對焊接過程穩(wěn)定性更加敏感,可以很好的評價雙絲焊焊接過程穩(wěn)定性。并采用支持向量機(jī)方法分別以文中提出可表征焊接過程穩(wěn)定性差異的焊接過程工藝參數(shù)特征值或其組合為輸入特征向量,以焊接過程穩(wěn)定性為輸出進(jìn)行了分類評價準(zhǔn)確率對比,得出等效電阻互模糊熵對焊接過程穩(wěn)定性的評價準(zhǔn)確率最高,平均準(zhǔn)確率可達(dá)90%,而將其與等效電阻模糊熵組合作為輸入向量時平均準(zhǔn)確率可達(dá)93%,單次分類準(zhǔn)確率可達(dá)98.5%。通過檢測鋁合金雙絲PMIG焊后絲電流脈沖下降沿及對其進(jìn)行計數(shù),向工業(yè)相機(jī)發(fā)觸發(fā)信號,實現(xiàn)了熔池視覺與焊接過程工藝參數(shù)的協(xié)同采集。并且在此基礎(chǔ)上提取了熔池幾何特征參數(shù),初步研究了熔池幾何特征參數(shù)與焊接過程線能量之間的關(guān)系。并且針對焊接過程穩(wěn)定性存在突變的焊縫熔池圖像計算了其奇異譜熵、圖像一維熵和圖像二維熵,得出熔池圖像的三種熵值隨著焊接過程穩(wěn)定性變化均有明顯的變化。結(jié)合焊接過程等效電阻互模糊熵與焊接熔池圖像灰度分布特征值對焊接過程中穩(wěn)定性發(fā)生突變的焊縫進(jìn)行了突變位置的檢測,經(jīng)人工設(shè)計表面清潔度突變與焊接過程中突發(fā)側(cè)向風(fēng)試驗及計算分析得到此方法可以較準(zhǔn)確的診斷焊接過程穩(wěn)定性發(fā)生突變的位置。
【圖文】：

圖１．１智能化焊?

張岡Ｕ、樊丁等［２５］針對非熔化極氣體保護(hù)焊（Ｇａｓ邋Ｔｕｎｇｓｔｅｎ邋Ａｒｃ邋Ｗｅｌｄｉｎｇ，邋ＧＴＡＷ）過程逡逑中因焊接參數(shù)波動，熱傳導(dǎo)條件變化難以實時檢測和控制熔透的難題，建立了焊接電參逡逑數(shù)與熔池相變潛熱、背面熔寬間的動態(tài)變化數(shù)學(xué)模型，見圖１．３。仿真研究了改變焊接逡逑電流、電弧電壓對焊縫熔透狀態(tài)的動態(tài)影響規(guī)律，，預(yù)測了恒定電參數(shù)Ｋ點(diǎn)焊熔透狀態(tài)發(fā)逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG441.7

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本文編號：2643270