基于电流多特征融合的窄间隙P-GMAW摆动电弧传感焊缝跟踪方法

电弧传感是实现窄间隙焊接焊缝跟踪的主要方式之一。针对电弧传感稳定性差、可靠性低的问题,提出融合摆动周期内电流信息的多个统计学特征进行偏差提取的方法,克服单一数据特征容易受到电弧稳定性影响、导致传感精度下降的问题。首先,提取电流信号的多个时域特征,计算特征矩阵与偏差矢量相关性;然后,取相关性高的特征用主成分分析的方法进行融合,取前两个主成分作为观测数据;最后,基于多分类的支持向量机模型对其进行分类试验。试验结果表明最大误差为0.2 mm,0.1 mm以内的误差占93.75%。该方法对比传统方法精度有所提升,对比神经网络方法,所用训练样本少,训练过程更加简单。

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

焊接智能化监测技术研究现状与展望

在国家“十四五”智能制造和2035制造业高质量发展远景目标规划下,智能化焊接技术的重要性不言而喻.首先,分析了该技术在学术界和工业界的成果发表情况,对目前成果分布的特点进行了总结.此外,列出了该学科方向举办的系列重要学术会议,充分展示了该学科的研究热度.其次,分别从声音、光谱、视觉、热学及多信息融合监测角度出发,综述了焊接/增材技术在缺陷在线检测、过程动态表征、质量监控等方面最新的国内外研究进展,表明了多源信息融合技术是焊接智能化监测技术未来发展的主流.最后,总结了现阶段国内焊接智能化-缺陷在线监测基础研究存在的“六多六少”现象,并从多场景拓展应用出发,指出了焊接智能监测技术的未来发展目标与重点突破问题.

基于1DCNN和D-S多信息融合的光伏系统直流母线串联电弧故障检测

直流母线是光伏系统输出能源的主干道,由于长期曝晒、风化等作用,电缆、连接器等组件劣化,光伏系统直流母线中发生电弧的可能性急剧上升,极易引发火灾、触电等事故。在光伏系统中,串联电弧故障将使回路电流下降,传统的过流保护无法识别。因此,本文提出基于深度学习和证据理论(D-S)的方法来识别串联电弧故障,该方法基于并联电容器电流和电压信号,采用一维卷积神经网络(1DCNN)对检测数据进行电弧识别;在此基础上将基于单个传感数据的识别结果作为证据,运用D-S多信息合成法则计算得到信度分配,最后利用决策规则判断是否发生串联电弧故障。搭建多参数可调模型获取数据进行测试,结果表明:使用1DCNN识别方法,基于并联电容器电流和电压信号的串联电弧识别准确率分别为97.19%和94.98%,而基于1DCNN和D-S多信息融合的光伏系统直流串联电弧故障检测的识别准确率可提升至99%以上。

自适应模糊神经网络多信息融合串联型电弧故障检测方法

针对低压交流串联电弧故障因其特殊性难以识别的问题,在实验室建立了实验平台,采集不同负载下的正常和电弧故障的电流波形数据,提出一种自适应模糊神经网络(adaptive neuro fuzzy inference system,ANFIS)多信息融合串联型电弧故障检测方法,通过多层次特征参数提取,对自适应模糊神经网络进行训练、测试。结果表明,该方法可以有效地克服反向传播(back propagation,BP)神经网络故障诊断中收敛速度慢、误差精度大的缺点,得到更为精准、理想的诊断结果。

大型发电机定子接地故障柔性融合消弧方法

大型发电机发生定子单相接地故障可能会产生电弧,导致铁心烧损,甚至引发火灾等严重事故,提出一种柔性融合消弧方法,通过并行控制中性点电压和变流器注入电流,实现接地故障电流抑制和可靠消弧。现有发电机定子单相接地柔性消弧方法在低阻或高阻的情况下消弧效果不佳,所提方法考虑了发电机的定子阻抗和定子并联分支数,适用于不同的发电机,在不同接地故障过渡电阻、不同故障位置等情况下,均能够将接地故障电流快速抑制到安全范围内。Matlab/Simulink仿真验证了所提方法的有效性。

基于双通道时频卷积神经网络的故障电弧检测

交流故障电弧产生的高温极易点燃周围的可燃材料,是引发电线火灾的重要原因之一.准确检测不同类型的故障电弧对于预防重大火灾事故的发生具有重要意义.然而故障电弧的复杂性与隐蔽性给检测方法带来了极大挑战.基于阈值和电流特征提取的技术难以全面概括故障电弧的特征,而大多数基于深度神经网络的方法直接对电流信号进行特征学习,忽略了信号中的频率信息,从而导致泛化能力差的问题.对此,本文提出了基于时频特征学习的双通道时频卷积神经网络的故障电弧识别方法,设计了可学习的自适应离散小波变换,用于提取一维信号中的多尺度特征,同时通过短时傅里叶变换获取二维的时频图像特征,分别在这2种特征信号上进行卷积,最后将2个通道中学习的特征进行融合,用于分类预测.通过对故障电弧发生器采集到的3种工况下电弧电流信号进行性能评估,验证所提方法的有效性.实验结果表明,该方法与其他同类方法相比具有更高的电弧识别准确率,达到了97.91%.

基于改进蜣螂算法优化CNN-BiLSTM-Attention的串联电弧故障检测方法

针对故障电弧特征提取不足、检测精度不高等问题,提出一种多特征融合的改进蜣螂算法(IDBO)优化融合注意力(Attention)机制的卷积神经网络(CNN)和双向长短期记忆(BiLSTM)神经网络的串联电弧故障检测方法。通过实验平台提取电流的时域、频域、时频域以及信号自回归参数模型特征;利用核主成分分析(KPCA)对特征进行降维融合,并将求取的特征向量作为CNN-BiLSTM-Attention的输入向量;引入Cubic混沌映射、螺旋搜索策略、动态权重系数、高斯柯西变异策略对蜣螂算法进行改进,利用改进蜣螂算法对CNN-BiLSTM-Attention超参数优化实现串联电弧故障诊断。结果表明,所提方法故障电弧检测准确率达到97.92%,可高效识别串联电弧故障。

面向9%Ni钢大型储罐的旋转电弧窄间隙立焊装备

提出一种面向9%钢大型LNG储罐的旋转电弧窄间隙立焊装备,旨在解决LNG储罐立缝位置的焊接难题。采用窄间隙TIG旋转电弧焊接新工艺,将钨极打磨成非轴对称的尖端,通过电机控制钨极旋转,使电弧周期性加热窄间隙坡口两侧,有效解决了侧壁熔合问题。为配合该工艺,设计了新型窄间隙TIG旋转电弧焊枪,具备无线回转导电、自动送丝和双路气保护功能。同时,提出了一套适用于LNG储罐立缝位置的自动焊接设备,包括真空吸附的挂壁小车和焊接小车。在实验室搭建了全套试验装备,包括焊接小车、全自动送丝机、焊接电源等,控制焊枪立缝位置的焊接行走,防止9%Ni钢磁化,同时保证焊接过程的稳定。对24 mm厚9%Ni钢进行单层单道的焊接试验和窄间隙坡口对接试验,验证了新工艺能够解决厚板窄间隙焊接中侧壁熔合的问题,并且由于电弧循环旋转,对熔池具有搅拌作用,焊缝表面成形平滑美观。该研究为LNG储罐立缝的自动高效焊接提供了技术和装备支持。

钢铝异种金属新型电弧连接法研究现状

介绍了3种连接钢铝异种接头的新型电弧熔焊-钎焊法,这些方法在钢一侧为钎焊,在铝一侧为熔焊,热输入低,熔池温度梯度高,冷却速度快,大大降低了钢铝接头中金属间化合物层的厚度,可以获得良好的接头性能。

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头界面断裂行为分析

采用TIG电弧的方法实现了钛合金与铝合金熔钎焊连接,分析了不同焊丝形成的熔钎焊接头的界面组织和断裂特征.结果表明,纯铝接头界面为单一的TiAl3相,裂纹主要沿着TiAl3反应层与焊缝之间的界面扩展.拉伸时首先从坡口拐角启裂,当裂纹扩展至接头反面时,断裂扩展形式转变为从焊缝金属撕裂,接头抗拉强度为139MPa.添加Al-Cu-La焊丝的接头界面结构为TiAl3+Ti2Al20La双化合物层,拉伸时沿TiAl3反应层与钛合金界面开裂,以界面内的微裂纹为裂纹源并向反应层内扩展,属于准解理断裂,接头抗拉强度达270 MPa.稀土La元素作用下形成的双化合物层是提高接头强度的关键.

5A02/Q235钢Nd∶YAG激光——脉冲MIG复合热源熔——钎连接

研制开发了铝/钢特种钎剂,利用研制开发的铝/钢特种钎剂成功地实现了5A02铝合金板与普通Q235冷轧钢板的大光斑Nd∶YAG激光—脉冲MIG复合热源熔—钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及成分、钎剂中各成分的作用进行了分析。结果表明,涂有KAlF4+Sn+Zn配方钎剂的Q235试板得到的焊缝成形美观,并且焊接过程稳定;拉伸试验中试样的破坏位置发生在铝母材的焊接热影响区,铝母材热影响区略有软化,接头抗拉强度可达167.3 MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的83.6%,与5A02铝合金熔化焊接头的强度相当,接头的断裂方式为混合断裂;剪切试验中接头的最高抗剪强度可达106.3 MPa。扫描电镜分析表明,在接头钎焊连接界面处生成了一层厚度约为3.27μm的金属间化合物层;能谱测试结果表明,Al,Fe原子在钎焊界面处扩散较为充分。

铝/钢异种金属电弧辅助激光对接熔钎焊方法

采用小功率TIG焊电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌钢ST04Z对接熔钎焊工艺试验,获得表面成形连续、美观的焊缝.采用SEM,EDS,XRD,拉伸试验机、显微硬度计对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,与单纯激光相比,电弧辅助激光热源改变了焊接过程的温度场分布,从而促进液态铝向钢侧的铺展,所得对接接头最大抗拉强度可达到163 MPa,约为5A06铝合金母材抗拉强度的74%,是激光焊接头强度的1.3倍.接头过渡层形成的金属间化合物以脆硬的Fe2Al5,Fe4Al13为主.拉伸断裂起始于脆性的金属间化合物层,终止于韧窝断裂.

光子晶体光纤熔接机理的研究

光子晶体光纤(PCF,Photonic Crystal Fiber)的熔接技术为PCF产品的应用和开发提供了条件。本文主要介绍了影响PCF熔接的主要因素,比较了传统电弧熔接方法和激光熔接方法的优缺点,阐述了激光熔接的基本原理和工作流程,为PCF激光熔接机的制作打下基础。

铝/镀锌钢复合热源熔—钎接头中的Al-Fe金属间化合物层分析

分析了铝／镀锌钢复合热源熔-钎接头中Al-Fe金属间化合物层的相结构，研究了焊接热输入对接头中Al-Fe金属间化合物层厚度的影响及化合物层厚度对接头抗剪强度的影响。结果表明，生成的Al-Fe金属间化合物层主要由Fe3Al，FeAl2，Fe2A15以及FeAl3组成。并且Al-Fe金属间化合物的生成过程伴随着Si元素的富集现象；Al-Fe金属间化合物层厚度随焊接热输入的增大而增大，但电弧能量对化合物层厚度的影响要大于激光能量对化合物层厚度的影响；Al-Fe金属间化合物层厚度并非越薄越好，化合物层厚度在1．5～4μm范围内，Al-Fe金属间化合物层厚度对接头抗剪强度的影响不大。

铝/镀锌钢复合热源熔—钎接头的局部“未钎合”缺陷分析

对铝/镀锌钢复合热源熔—钎连接过程中出现的局部"未钎合"缺陷的原因进行了研究,并制定了相应的抑制和消除缺陷的措施。结果表明,焊接热输入不足是导致铝母材熔合线根部位置产生局部"未钎合"缺陷的根本原因,而铝母材熔合线根部位置的熔池金属和钢板达不到Al-Si钎料与钢所需要的钎焊温度是产生局部"未钎合"缺陷的直接原因。局部"未钎合"缺陷的产生还与熔池的流动及母材金属的散热等因素有间接的关系。铝/钢熔—钎焊缝熔合线根部局部"未钎合"缺陷可以通过适当地增大焊接热输入及改变激光与电弧的空间位置以提高激光对钢母材的加热效果来抑制和消除。

配电网单相接地故障柔性消弧技术综述

配电网单相接地故障电弧常引起森林火灾和电力设备烧毁。随着配电网规模和非线性负荷不断增加,接地故障电流大小和成分发生深刻变化,给传统消弧装置对接地电弧的抑制带来巨大的挑战,而柔性消弧技术可有效解决传统消弧装置的问题。从消弧理论和多功能协同控制策略角度出发,分析柔性消弧技术的适应性和经济性。归纳国内外现有柔性消弧装置、消弧原理和多功能集成方法,梳理现有柔性消弧技术的关键特性和适用范围,探讨现有柔性消弧技术存在的主要问题,结合配电网柔性化的发展趋势及用户对供电可靠性的要求,展望未来研究方向,为柔性消弧技术的工程应用与推广提供参考。

埋弧焊电弧超声激励及其热动力学效应

为研究电弧超声激励的一般规律和电弧超声的热力学与动力学效应 ,选择超声频段的高频激励源与常规工频埋弧焊电源进行电磁耦合 ,在燃弧过程中激励出电弧超声 ,并对声发射信号进行了频谱分析。采用大弧焊参数并分别施加不同的激励频率进行埋弧焊试验 ,对焊接试样的熔合区与热影响区形态进行观察 ,研究熔合区和热影响区在电弧超声影响下的形态变化规律 。

基于关节机器人的电弧熔丝焊锻复合增材再制造热锻模修复

为了降低失效热锻模修复成本、提高修复效率,基于ABB工业关节机器人,开发了电孤熔丝焊锻复合增材再制造算法和装备,并用曲轴热锻模具进行再制造修复,以验证算法和装备的有效性。首先,提出增材制造目标模型的分层切片、截面复合填充算法;随后,提出满足增材再制造工艺所需的关节机器人TCP姿态控制算法,以达到控制焊枪与焊接路径夹角的目的,从而提高焊接成形质量;最后,选用失效曲轴热锻模进行了修复实验。结果表明,相较于人工修复,采用该工艺可大幅节约焊接材料并显著降低修复时间。人工修复和自动修复后的热锻模在相同条件下服役后,自动修复的热锻模表面光滑,微裂纹和塌陷缺陷少,比人工修复的热锻模具有更好的表面形貌,模具服役寿命得到显著提高。

基于信息融合的配电柜故障电弧预警系统研究

针对目前配电柜故障电弧预报警系统存在预警准确性差、误报率高等问题,结合信息融合技术在故障检测诊断中应用,提出了基于信息融合技术的配电柜故障电弧预警系统的一般模型。该模型以燃弧前的弧声信号为预警信号,运用贝叶斯最小风险准则进行融合计算;进而得出故障电弧燃烧前的预警判决信号。并用仿真结果证明了该算法的有效性。