2219铝合金变极性TIG焊熔透状态识别方法

铝合金焊接熔透状态有效识别是其焊缝成形及接头质量表征的一个关键因素.设计了2219铝合金变极性TIG多元信息传感系统,实时获取焊接动态过程熔池宽度、送丝速度、焊接电流、间隙和错边等多元信息,并以此信息作为模型输入变量,构建了2219铝合金变极性TIG熔透状态预测模型,通过支持向量机建模对2219变极性TIG焊接熔透状态:未熔透、熔透和过熔透进行分类,支持向量机的核函数和惩罚因子通过网格搜索法寻优获得,模型分类准确率达93.294 1%.     

变极性等离子焊设备控制系统研究

根据变极性等离子焊机的发展方向,提出了双电源等离子焊设备的设计方案,其中主电路采用逆变技术,控制系统则采用单片机控制技术代替传统的模拟控制技术.通过控制定时器8253的输出改变IGBT的通断时间,实现对变极性等离子弧焊设备电流频率、正负半波导通比的调节和控制.实验表明,以单片机80C552为核心组成的变极性等离子弧焊设备控制系统硬件设计简单,调节方便,显著提高了系统的可靠性.     

等离子焊接小孔效应的电弧电压信号检测

为在等离子焊接小孔效应下对焊缝的熔透质量进行实时控制 ,在不同类型的焊接电源和被焊材料条件下 ,研究了熔池小孔效应与等离子电弧电压信号的关系规律。根据电弧电压信号相对于其均值的偏差的大小及熔池穿孔和未穿孔状态下电弧电压幅频低频段信号的差异分别设计了两种算法 ,并对电弧电压信号的加工处理 ,分别得到了两种传感信号。设计了熔池穿孔与否双阈值判断准则 ,用以检测熔池小孔是否存在。该传感技术可适用于不同焊接电源和不同工件材质 ,为实时熔透质量自动控制提供了反馈信息     

新型变极性等离子弧焊设备的研究

研究并设计了一种用于铝镁金属及其合金焊接的新型不对称变极性等离子弧焊设备．交变方波的正、负半波电流分别由两台独立的直流电源供电．与传统变极性等离子弧焊设备最大的不同是在焊接过程中，钨电极在极易烧损的负半波不接正极，因而使电极尖端的形状、尺寸得以长时间保持，大大提高了焊接过程的稳定性．另外，由于负半波主弧电流与维弧电流“各行其道”，从而避免了传统变极性等离子弧焊过程中主、维弧相互干涉，导致电弧不稳的现象．     

基于视觉传感的激光-MIG复合焊熔透闭环控制

在对接焊中,坡口同隙的波动会导致焊接熔透状态的变化,为保证稳定的熔透,需要对焊接熔透状态进行实时检测和控制.针对CO2激光-MIG复合对接焊,建立了基于视觉传感和DSP的熔透状态实时检测与控制系统,获取了清晰的熔池背面图像,经过适当的处理得到了熔池背面熔宽的信息,并通过调节焊接速度或控制电弧电流,对熔透状态进行了控制.结果表明:即使在间隙明显波动的情况下也获得了熔透可靠、背面熔宽均匀的焊缝,从而实现了复合对接焊熔透状态的闭环控制.     

穿孔等离子弧焊接工艺综述

综述了穿孔等离子弧焊接工艺的特点、种类及工艺参数匹配与焊缝质量之间的关系等方面的问题。指出穿孔等离子弧焊具有特殊的“小孔效应”,与钨极氩弧焊相比焊接速度、工件厚度和焊接效率都有了很大的提高。等离子弧焊接衍生出众多类型,包括直流等离子弧焊接、脉冲等离子弧焊接、变极性等离子弧焊接和特殊等离子弧焊接等,能够满足不同行业的特殊需求。本文对于指导实际焊接生产,进一步提高生产效率和焊缝质量具有重要的意义。     

不同熔透状态下高功率CO2激光堆焊光致等离子体特征分析

提出了一种适用于高功率CO2激光焊缝熔透状态的在线监测方法，设计了不同熔透状态的高功率CO2激光堆焊焊接试验，采用高速摄影技术获取焊接过程中连续变化的光致等离子体图像，编程实现基于最大类间方差的图像分割，计算了光致等离子的高度、底部宽度和面积，得到了特征参数的概率密度分布图和变异系数，并分析了光致等离子体面积的频谱特征.结果表明：在焊缝未熔透时，光致等离子体的高度和面积均显著大于熔透状态时；焊缝未熔透状态的光致等离子体的面积波动频率约为400 Hz.     

基于三维重构技术的K-TIG熔池流动表征

采用钛元素示踪方法表征K-TIG焊接430不锈钢熔池流动行为,在完全熔透焊缝中观察到熔池沿板厚方向分为3个区域,包括马兰格尼对流圈、洛伦兹力推动的对流圈及中间过渡区域;未熔透时熔池中只有马兰格尼对流圈及对流圈与熔池边缘之间的区域.基于连续金相切片的三维重构技术建立了熔池小孔附近流动未稳定区的三维模型与未熔透情况下气孔处焊缝的三维模型.观察了K-TIG熔池流动由未稳定过渡至稳定的过程,小孔前壁只有很薄的一层液态金属流动层,液态金属沿小孔侧壁流动至后方熔池中,熔池在小孔后部开始形成马兰格尼对流圈,在小孔形成后一段距离之后,开始形成洛伦兹力推动的对流圈.未熔透时熔池流动行为明显弱于熔透时熔池流动行为,对流流动减弱易于造成气孔的产生.     

2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊的焊缝成形模糊控制系统

以航天薄壁结构件用2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊(GTAW)为背景,设计和研制了一套基于多信息传感的机器人变极性GTAW焊缝成形模糊控制系统.采用视觉传感系统实时获取焊缝的间隙和错边量,并利用相应的图像处理方法获取液态2219铝合金熔池的正面特征信息;采用模糊逻辑控制方法进行焊缝参数的在线调整和补偿控制,以确保焊缝熔透及其成形的均匀性.结果表明,对于厚度为8mm的2219铝合金对接焊,采用所设计的模糊控制系统能够根据焊缝的间隙量和错边量来实时调整焊接电流和送丝速度,使其熔池正面宽度较为稳定,从而保证了焊缝熔透及其成形均匀.     

变极性等离子弧穿孔立焊双面图像处理与特征提取

摘要： 针对变极性等离子弧穿孔立焊的双面图像进行特征信号提取,提出了一种适应性强的图像处理算法来获取焊接参数.开发了基于组合部件模型匹配和边缘窗口线性扫描的组合算法,并通过筛选法则提取特征信号,实现对焊接双面特征的有效提取.结果表明,所提出的方法能获得可靠的正面熔池及背面小孔的几何特征信息,为视觉多信号融合提供基础.     

变极性等离子弧焊电源的研制

根据铝合金焊接的要求和逆变电源的发展趋势提出了变极性等离子焊接电源主电路、控制系统和控制软件的设计方案.采用单片机80C196KC作为控制系统的核心,主电路采用全桥双逆变结构,功率开关器件为绝缘栅双极晶体管IGBT.采用PI算法实现了恒流外特性,变极性等离子焊接电源获得的电流频率、电流幅值和正负半波导通比均可以独立调节不对称方波.试验表明,变极性等离子焊接电源控制系统运行稳定、可靠.     

正负半波主电流通道不同的变极性等离子弧焊

介绍了一种适合于铝镁及其合金焊接的变极性等离子弧焊新技术．此技术与由一台逆变电源为主弧电流供电、主弧正负半波共享一个电流通道等离子弧的传统技术相比,最大的不同是主弧正负半波电流由２台直流电源供电,正负半波电流分别流经２个不同的电流通道,对工件（铝）实现了变极性电流焊接．它的负半波不仅避免了传统技术因主、维弧相互干涉而造成的电弧不稳定,而且具有可靠的阴极清理作用．正负半波对焊缝成形的对比实验表明,正半波对焊缝成形起决定性作用,而负半波的影响很小,主要作用是完成对工件氧化膜的清理．     

旁路耦合微束等离子弧增材制造

在分析旁路耦合电弧焊的基础上,提出了旁路耦合微束等离子弧焊(DE-MPAW)方法.该方法以微束等离子弧焊炬为主路,填充焊丝为旁路,通过可调电阻调节旁路电流大小.在不降低成形效率的基础上,减小成形件的热输入,从而有利于电弧增材制造.在此基础上开展了DE-MPAW焊接方法的初步研究.在DE-MPAW焊实验系统及测控的基础上,对比研究了不同旁路电流下DE-MPAW焊熔滴过渡情况;分析了母材热输入随旁路电流的变化规律,研究了焊缝成形的变化情况;初步开展了DE-MPAW增材制造单道多层的堆垛研究.结果表明:随着旁路电流的增大,其熔滴过渡频率、母材热输入、熔深都相应地减小,且DE-MPAW方法能够较好适用于增材制造.     

B340LA变厚截面板变功率激光焊接试验研究

变厚截面材料是实现汽车轻量化的有效途径之一,但截面厚度变化的材料连接实现困难.1.2～2.0 mm厚的B340LA变厚截面板在长度和宽度方向上都存在厚度波动,并且不同厚度处的材料硬度存在最大20%的偏差.针对该材料的特性自行设计了专用焊接夹具,提出了阶跃式变功率的激光焊接方法.对比分析固定功率和阶跃式变功率两种激光焊接试验,结果表明:固定功率(900～1 400 W)条件下获得的焊缝形貌与熔透状态均在焊接方向表现出显著的差异性,且部分焊缝会出现塌陷等焊接缺陷;采用1 000 W、1 100 W和1 300 W分段功率的阶跃式变功率焊接,1.2～2.0 mm板厚方向上可得到一致的焊缝形貌和熔透状态,焊缝熔合区的硬度偏差小于9%.与固定功率激光焊接相比,阶跃式变功率激光焊接可实现B340LA变厚截面材料的有效连接.     

等离子弧焊的熔透适应控制研究

等离子弧焊是在钨极氩弧焊基础上发展起来的一种高能密度热源的先进熔焊方法。它依靠机械、热和电磁收缩效应使等离子弧的能量密度提高到10~5～1O~6W/cm~2,温度提高到25000°K以上,因而可以较高速度焊接许多可焊性差的金属材料,特别是可利用熔孔效应实现不加衬垫的单面自动焊,即一次焊透的对接自动焊。近十多年来,各工业发达国家都十分重视这种焊接方法的研究发展工作。国内也有不少工厂已在生产中应用。但是这种焊接方法要求控制的参数很多,对每一个参数及其相互配合的控制要求较高,许多应用     

旁路耦合微束等离子弧焊增材制造曲面零件

基于xPC Target实时目标环境,建立了旁路耦合微束等离子弧焊增材制造系统.运用UG/NX软件系统实现了增材制造过程中零件从模型建立、成形路径规划到执行代码生成的一体化和自动化.通过改变旁路电流的大小完成了304L不锈钢椭圆筒形零件和圆柱形零件的快速成形.对堆垛成形后的圆柱形零件进行铣削加工完成了不锈钢戒指零件的加工制造.     

工艺参数对铝镁合金VPPA焊焊缝成形的影响

为了探明变极性等离子电弧焊方法对5A06铝合金焊缝成形的影响规律,采用单因素控制对比试验对变极性等离子弧焊缝成形进行了测量分析,研究正负极性电流、离子气流量、正负极电流持续时间和送丝速度4个焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。研究结果表明,随着焊接电流的增大,焊缝正面熔宽和余高呈现先增加后减小的趋势,而背面焊缝的余高增大明显,但背面焊缝熔宽变化不是很明显;随着离子气体流量的增加,等离子电弧力增加,液态金属流动性增加,背面焊缝余高呈明显的增加趋势,而焊缝正面余高则呈下降的趋势;在负极性电流持续时间增加的情况下,焊缝正面余高和熔宽增加幅度较小,焊缝背面余高和熔宽呈减小的趋势;随着送丝速度的增加,焊缝余高显著增加,熔宽也小幅度增加。研究结果可为铝合金VPPA焊提供工艺支持。     

基于时滞特性的超空泡航行体预测控制

针对航行体在运动条件下存在的时滞问题,提出了一种状态空间预测控制方法.首先,考虑航行体动力学模型的时滞特性,将模型中非线性滑行力分解为时滞与非时滞两部分,通过相应变换推导出航行体的线性变参数(LPV)时滞模型.然后,针对航行体的参数摄动,利用多胞形理论得到LPV系统的等价模型,减小在线实时计算量.最后,将实时可测参数信息与预测模型相结合设计状态空间模型预测控制器,研究系统的动态性能.仿真结果表明,该控制器对具有时滞特性的超空泡航行体有良好的控制效果及抗扰动能力.     

基于OpenGL的弧焊机器人仿真设计

通过对弧焊机器人仿真系统的设计和分析,阐述在VC++.NET开发平台上利用OpenGL技术建立三维仿真系统的理论及方法.建立了5自由度弧焊机器人的运动学模型,提供了模型正、逆运算,实现了机器人的三维实时仿真.试验结果表明,该系统操作界面友好,取得良好的仿真效果.     

高效深熔弧焊系统特点研究及应用

针对中厚板焊接,高效深熔弧焊与传统焊接方法相比能实现单面焊双面成型,背面不需清根重焊,消除了清根以及清根打磨带来的粉尘和噪音污染。高效深熔弧焊焊接过程的精确控制,可重复而稳定的高焊接质量从而实现焊接作业的自动化,大大提高了焊接效率,减轻了操作人员的劳动强度,减少了人力、焊材、能源的消耗。高效深熔弧焊成功应用于化工装备制造行业中,取得了良好的经济效益和社会效益。