【摘要】：焊接熔透控制是智能制造焊接質(zhì)量控制中的核心問題,保證整條焊縫獲得均一穩(wěn)定的熔深或熔透狀態(tài)是最理想的焊接結(jié)果。然而由于不同的焊接階段所處條件的差異往往造成熔透控制效果不佳。因此本文旨在探究脈沖熔化極氣體保護(hù)焊起始階段和穩(wěn)定階段熔池動態(tài)中的焊接熔深及熔透狀態(tài)規(guī)律,這將對豐富熔池傳感信息、實現(xiàn)精準(zhǔn)控制具有重要的指導(dǎo)意義。在GMAW-P焊接中利用定點焊接模擬焊接起始階段研究熔透狀態(tài)規(guī)律,固定焊接時間為2 s,通過改變送絲速度(WFS)實現(xiàn)不同的焊縫熔深及熔透狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)脈沖峰值階段電弧電壓波動(△U)與焊接時間的關(guān)系曲線呈先下降再水平的趨勢,其轉(zhuǎn)折點即為焊縫達(dá)到穩(wěn)定熔深或熔透狀態(tài)的時刻。根據(jù)結(jié)構(gòu)激光反射法和電信號的信息融合傳感,對GMAW-P連續(xù)焊熔透規(guī)律進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)△U和脈沖峰值階段電弧電壓平均值(Mean_U)兩個電信號特征量均可以識別焊接是否發(fā)生熔透。但該識別過程存在延遲,因此需要進(jìn)行預(yù)測控制。分析了峰值階段激光反射條紋在不同熔透狀態(tài)下的特征規(guī)律,提出了基于峰值階段熔滴過渡前以及整個峰值階段兩種情況下的特征信號,分別是激光條紋曲率和激光條紋像素累加值。研究發(fā)現(xiàn),過熔透激光條紋不能分辨出每一條條紋,整體呈“小燕狀”,條紋外輪廓的曲率最大,未熔透和臨界熔透激光條紋可以進(jìn)行分辨,隨著熔深的增加,激光條紋曲率逐漸減小,臨界熔透激光條紋曲率最小。整個峰值階段的激光條紋像素累加值的變化趨勢可以準(zhǔn)確反映焊縫背面的熔透情況,當(dāng)焊接由未熔透轉(zhuǎn)變?nèi)弁笗r,像素累加值由于激光反射條紋的減少而降低,反之,像素累加值由于激光反射條紋的增多而增大。
【圖文】：

定熔池固液界面的位置，從而得到熔深[44]。然而，接觸式超聲波傳感法應(yīng)用合受限，使用要求較高，只在一些特定條件下使用[45]。非接觸式超聲波傳感器相較于接觸式優(yōu)勢更加明顯。激光-超聲非接觸式傳器的原理是電磁超聲換能器基于激光相控陣技術(shù)分別聚焦發(fā)射超聲信號和接信號，從而得到焊縫熔深與超聲剪切波的飛行時間二者的關(guān)系模型[16]。但是，能器與熔池的相對位置要保證固定，這導(dǎo)致實際操作過程非常復(fù)雜，設(shè)備價格非常昂貴，并未得到廣泛應(yīng)用。后來，一種新的熔深測量技術(shù)-RGLS TOF 法，由 Kita 基于激光相控調(diào)頻測法和橫波渡越時間測量法開發(fā)出來。其原理是：當(dāng)超聲波的激發(fā)點與接收點之間距固定時，RGLS 波的傳播路徑只隨焊縫熔深這唯一變量而改變。當(dāng)由瑞利轉(zhuǎn)換的縱波行進(jìn)到焊縫的底部時，，會產(chǎn)生剪切波反射，利用超聲波 RGLS TOF術(shù)可以實現(xiàn)焊縫熔深測量的閉環(huán)控制。試驗裝置圖如圖 1-1 所示[15, 17, 46]。秦東興等人[14]發(fā)明了一種超聲測熔深檢測系統(tǒng)，利用了高精度運動控制和聲波大數(shù)據(jù)量處理方法等，提高了檢測效率和檢測精度。

(a) 熔池圖像 (b) 圖像處理后圖 1-2 GTAW 熔池表面結(jié)構(gòu)光傳感圖像[57主動視覺傳感方法，將小功率的結(jié)構(gòu)熔池表面，成功得到了反射條紋圖像熔池成形控制打下了堅實的基礎(chǔ)。已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，小型激光器發(fā)出面反射的特點使激光反射到成像屏光片拍攝激光條紋，進(jìn)行三維熔池表光激光器檢測 GTAW 和 GMAW 焊減，而激光則衰減現(xiàn)象不明顯，因此該度，獲得清晰的條紋（或斑點）圖像圖像恢復(fù) GTAW 熔池表面，其重構(gòu)算提高，可以說為實現(xiàn)熔池的實時控制池傳感，深入研究熔池動態(tài)行為，并
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG444.72

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本文編號：2635145