304不锈钢快频脉冲TIG焊的熔透识别与闭环控制

焊缝熔透的识别与控制对提高快频脉冲TIG焊(Fast-frequency Pulsed Tungsten Inert Gas welding,FFP-TIG welding)的焊接质量和自动化水平具有重要意义。熔池图像可以作为卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)的输入来识别熔透状态,但模型往往较为复杂,难以部署于工业边缘设备中,同时缺乏基于识别结果的熔透状态控制方法。针对该问题,搭建视觉传感系统来构建304不锈钢FFP-TIG焊熔池图像数据集,包括未熔透、适度熔透和过度熔透三种标签;开发基于知识蒸馏(Knowledge Distillation,KD)的熔透识别模型,利用MobileNetV2作为教师模型,用于训练自定义的学生模型ResNet-KD;基于ResNet-KD的softmax层输出向量设计模糊控制器,实时调整快频基值电流,实现熔透状态的闭环控制。结果表明,ResNet-KD在验证集上的准确率达到了97.60%,在预设电流、变散热及热量积累的工况下,模糊控制器均有良好的性能。

基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪

针对某复杂曲面薄壁不锈钢工件精密脉冲TIG焊中的焊缝跟踪问题 ,本文研究了一种基于视觉传感的高精度、高实时性焊缝跟踪技术。根据脉冲TIG焊的工艺特点 ,该技术通过选择特定波长的滤光片及合理的曝光时刻 ,采用工业CCD摄像机获取可直接分辨出焊缝、熔池和钨极的清晰、放大的焊接区图像。采用VC语言设计的图像处理算法 ,可以快速准确地识别出焊缝中心线 ,提取钨极偏离焊缝中心线的方向和距离 ,驱动步进电机调节焊炬位置 ,实现高精度、高实时性的焊缝跟踪。试验结果表明 ,该技术的单幅图像处理周期小于 12 0ms,能实现焊炬运动方向与焊缝偏差角小于 3 0°的焊缝跟踪 ,满足了复杂曲面的薄壁不锈钢工件的精密焊接要求。

基于标准温度法的脉冲TIG焊电弧温度场计算与分析

脉冲TIG焊由于其优越的特性而广泛应用于工业中,准确测量电弧温度对分析焊接过程有重要意义。论文基于光谱学理论计算了氩元素的粒子数密度与温度之间的关系曲线,计算了794.8nm氩原子谱线的发射系数与温度之间的关系曲线,利用高速摄影获得了794.8nm特征谱的电弧图像,根据Abel变换和标准温度法计算了脉冲TIG焊峰值时刻和基值时刻的电弧温度场分布。

06Cr19Ni10不锈钢自动脉冲TIG焊接头组织与性能研究

采用自动脉冲TIG焊对06Cr19Ni10管状试件进行了焊接,通过拉伸试验、弯曲试验和显微组织分析对焊接接头的组织与性能进行了研究。结果表明:接头具有良好的拉伸性能和弯曲性能,平均抗拉强度为612 MPa,远高于母材580 MPa,平均伸长率为46.85%,达到母材伸长率的93.7%;焊缝上部微观组织主要以网状δ铁素体为主,焊缝中部以树枝状δ铁素体为主,焊缝下部和熔合区以蠕虫状和树枝状δ铁素体为主。热影响区的晶粒未见明显长大,组织未明显变化。

高压环境下全位置脉冲TIG焊弧长跟踪系统研究

在电弧电压与弧长对应关系基础上,对脉冲TIG焊中电弧电压进行了分析;通过实时采样峰值电流期间的电弧电压,并通过加装硬件进行进一步处理,提取表征弧长的稳态部分,设计出一种脉冲TIG焊弧长跟踪系统。该系统已成功应用于管道全位置打底焊。试验证明,工作性能稳定,跟踪精度较高,焊缝成形好。

精密脉冲TIG焊接中的弧长跟踪技术

在研究小电流脉冲TIG焊接弧压与弧长对应关系的基础上 ,提出了一种新的基于硬件电路的弧长传感与控制技术 ,并建立了相应的弧长跟踪系统。工艺试验表明 ,采用该技术可实现较宽电流范围内的脉冲TIG焊及直流TIG焊的弧长跟踪控制 ,在平均焊接电流 2 0A ,弧长给定为 1mm时的弧长跟踪静态误差为± 0 .1mm。整个系统控制精度高 ,动态响应快 ,运行可靠。该技术较好地解决了常规的弧长跟踪方法所无法解决的复杂曲面薄壁不锈钢试件焊接过程中的弧长跟踪问题 。

Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲TIG焊

进行了Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲氩弧焊(U-TIG)与传统TIG焊,利用X射线探伤检测接头质量,金相显微镜和SEM观察接头组织和断口,利用万能试验机测试接头拉伸性能.结果表明,U-TIG焊能减少焊缝气孔;随着加入脉冲频率的增加,U-TIG焊焊缝组织细化、等轴化,当脉冲频率为45kHz时,晶粒细化效果最好;随着脉冲频率的提高,接头抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均有所提高;常规TIG与U-TIG焊接头断口均为准解理断裂机制,但U-TIG断口枝晶破坏痕迹已不明显.

基于结构激光反射的脉冲TIG焊熔池三维表面演化观测

针对移动的脉冲TIG焊动态熔池表面复杂行为,提出基于结构激光反射视觉传感的方法对脉冲TIG焊动态熔池表面演化过程进行观测研究.通过所搭建的视觉系统采集网格激光在熔池表面反射的图像信息,在此基础上,对不同基值电流、峰值电流、占空比条件下的脉冲TIG焊的图像特征进行分析.研究发现:在峰值电流阶段,熔池的三维表面是向下凹的.在基值电流阶段,TIG焊熔池三维表面是向上凸的,并可明显观测到激光网格的形态随时间也在变化,表明在基值电流阶段,熔池三维表面仍在波动.

机器人自动脉冲TIG焊J形坡口焊缝填充策略

核电压力容器封头由半球形封头和多个圆管相贯构成,连接的焊缝为J形坡口,轨迹是球管相贯的空间曲线,位于封头内部.由于该焊缝的特殊性,目前普遍采用手工焊接,质量与效率不佳.文中针对核电压力容器封头J形坡口的机器人自动焊接技术提出了一种多层多道焊填充策略.通过焊接结构分析,确定了J形坡口的焊接工艺分区,提出了设定焊接层数、道数的焊接轨迹规划方法,进而提出了焊接工艺参数的设定规则并据此对焊缝形状进行控制.结果表明,应用文中提出的焊缝填充策略及焊缝形状控制方法可获得良好的焊缝成形.

脉冲TIG焊熔宽动态过程的自学习模糊神经网络控制

对脉冲ＴＩＧ焊工艺中熄接电流一正面熔宽动态过程提出了一种自学习模糊神经网络控制方法，模糊控制器采用误差、误差变化及误差加速度的加权和的解析描述形式，利用人工神经网络直接对过程的建模，实现对模糊加权因子的自学习优化调整。将上述方法用于控制仿真和实际脉冲ＴＩＧ焊过程控制试验，结果表明提出的自学习模糊神经网络控制方案有效。

基于视觉传感的脉冲TIG焊熔池一次图像获取的研究

依据弧光光谱理论 ,采用辅助光源及复合滤光技术 ,有效地解决了焊接区熔池成像的干扰和清晰度差等问题。研究了滤光片与辅助光源对成像质量的影响和作用 ,试验结果表明 ,同普通图像采集方法相比 ,该系统获得图像的清晰度得到明显的提高 。

交直流脉冲TIG焊在薄壁紫铜管焊接中的应用

研究了交直流脉冲TIG焊在船舶薄壁紫铜管中的焊接应用。通过对交直流脉冲焊接电流的分析,提出了采用直流脉冲TIG焊焊接打底层,交流脉冲TIG焊焊接盖面层的方法。采用该方法,既保证了薄壁紫铜管打底层焊缝的单面焊双面成形,又保证了盖面层焊缝焊接时,不会因为温度过高而使打底层产生焊瘤。焊后对薄壁紫铜管的焊缝进行检验,射线底片显示该方法焊接的焊缝质量等级为Ⅰ级,力学性能和金相检测也均合格,为提高船舶产品中薄壁紫铜管的焊接质量提供了参考。

合金诱发反应脉冲TIG焊接铝基复合材料

探讨了SiCp/Al复合材料脉冲氩弧焊过程中合金元素Ti发生诱发反应的可行性。结果表明,焊接时,Ti的加入有利于避免SiC/Al之间发生界面反应;接头拉伸实验、显微硬度测试和金相组织观察表明,接头性能良好;X射线衍射相结构分析显示,接头焊缝金属中大致含有Al, TiC, Si, Ti, SiC等组成相。文中对Ti元素发生诱发反应的机理,以及对提高接头性能的作用进行了讨论。

X80管线钢超音频脉冲TIG焊接头的组织和力学性能研究

采用超音频脉冲TIG焊对X80管线钢进行了平板焊(未填丝)和对接焊试验,研究了超音频频率和占空比对焊缝成形的影响规律,包括熔深、熔宽和成形系数。并进行了对接接头的显微组织观察和力学性能测试。结果表明:随着脉冲频率和占空比的增大,焊缝的熔深和熔宽都有所增加,成形系数整体呈下降趋势;焊缝区组织以针状铁素体和粒状贝氏体为主,粗晶区组织主要由贝氏体铁素体、粒状贝氏体和少许马氏体组成,细晶区组织主要由多边形铁素体以及少部分贝氏体组成;接头拉伸试样的断口在母材,接头的抗拉强度大于母材的,焊缝中心的冲击吸收功最低。

脉冲TIG焊工艺参数对2A14铝合金接头力学性能影响的研究

2A14铝合金广泛应用于运载火箭贮箱的研制生产,但是由于其晶界液化严重、对应力集中敏感,目前主要采用两面三层TIG焊工艺。脉冲TIG焊可以减少裂纹敏感性、减少焊接变形、细化晶粒,提高力学性能,适合单面焊双面成形工艺,具有广阔的应用前景。本文通过脉冲TIG焊工艺参数对焊接接头力学性能影响的分析,获得最佳的工艺参数。

脉冲TIG焊工艺参数对薄板不锈钢焊缝成形的影响

采用脉冲TIG焊接方法焊接薄板奥氏体不锈钢,研究了焊接峰值电流、基值电流、占空比、脉冲频率等工艺参数对焊缝成形的影响。试验结果表明:宏观形貌最优参数为:峰值电流为21A、基值电流为8A、占空比为45%、脉冲频率为8Hz;随着峰值电流和占空比的增大,热输入随之增大。

单片机控制脉冲TIG焊设备斩波电路研究

采用时代逆变为前级恒流源,选用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为斩波电路的开关管。控制电路以8位高性能单片机AT89C2051为核心,对整个电源进行实时精确控制。产生的脉冲信号,再经IGBT专用驱动模块2SD315AI-33进行功率放大触发IGBT,以实现功率的输出。通过调试和试验,测出了一系列的波形,并对这些波形进行分析。试验表明,该逆变电源的主电路和控制系统设计合理,运行可靠,实现了脉冲TIG焊功能。

不锈钢管板全位置脉冲TIG焊

采用深熔透全位置脉冲TIG多层焊技术对冷凝器不锈钢管板进行焊接。施焊中,把握合理的焊接顺序和焊接方向,运用小规范施焊,实行焊接与贴胀并举,能够获得较好的管板角焊缝焊接质量,延长冷凝器的使用寿命。

TA2/Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)/Q235脉冲TIG焊接头组织与性能

针对钢与钛之间因物化性能差异大,焊接过程易产生大量金属间化合物而难以实现可靠连接的问题,依据焊缝金属固溶高熵化思路,选用Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)高熵合金作为中间过渡层对TA2钛和Q235钢进行脉冲钨极氩弧焊,并对Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)高熵合金及接头的组织和性能进行分析研究.结果表明,Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)主要是双相面心立方结构,分别为富Cu的晶间和晶内面心立方结构,强度和塑性良好;焊接接头两部分焊缝均成形良好,无气孔、裂纹等缺陷,焊缝组织均为简单的固溶体结构,Q235侧焊缝主要为面心立方结构相,TA2侧焊缝主要由简单的体心立方结构和面心立方结构相构成,以体心立方结构相为主;焊接接头抗拉强度为224 MPa,在TA2侧靠近高熵合金的熔合线处断裂,主要由于生成了脆性的Cr_(3)O_(8),断口有较多韧窝和一部分解理面,为混合断裂,表现出一定的韧性断裂特征.

低镍含氮奥氏体不锈钢脉冲TIG焊接接头组织性能研究

QN1803作为一种低镍含氮奥氏体不锈钢,相对于传统304奥氏体不锈钢减少了60%Ni含量,具有更优异的力学性能与耐腐蚀性能,同时节约了成本,目前广泛应用于建筑装饰、医疗器械、家电制品等领域。以低镍含氮奥氏体不锈钢QN1803为研究对象,采用脉冲TIG焊,借助SEM、OM、HV等测试手段研究焊接热输入对焊接接头的微观组织、力学性能、腐蚀性能的影响。结果表明,QN1803室温组织由铁素体和奥氏体组成,HAZ区晶粒与母材相比未见明显长大,接头熔合良好;焊接接头抗拉强度为650~700 MPa,焊缝组织硬度为240~260 HV。随着热输入的增加,焊缝点蚀电位由340 mV下降至290 mV,晶间腐蚀速率由455.3 g/(m^(2)·h)提升至570.6 g/(m^(2)·h),表明焊接接头耐腐蚀性能随着热输入的增加而下降;应用有限元软件MSC.Marc对不同焊接热输入条件下的焊接温度场及残余应力场进行模拟。结果表明,焊后残余应力集中分布于PMZ区及HAZ区;且残余应力峰值随焊接热输入增加呈上升趋势。