脉冲GTAW熔池动态过程的辨识模型

焊接熔池动态变化过程是一个具有强非线性、多变量耦合作用以及大量随机不确定性因素的高度复杂过程 ,因此很难得到熔池动态特征的解析数学模型 ,使得焊接熔池的动态过程建模成为焊接界和控制界的一大难题 ,也是实现焊接自动化的本质困难。为了对脉冲GTAW (气体保护钨极氩弧焊 )熔池动态过程特性有一个基本受控制性能的认识以实现对脉冲GTAW熔池变化过程的有效控制。本文从经典控制系统设计的角度考察脉冲GTAW熔池动态特性 ,利用试验数据采用系统辨识的方法求取其熔池特征动态性能的数学描述 ,获得了脉冲GTAW熔池动态过程中分别以脉冲峰值时间和焊接速度为输入 ,以背面熔宽为输出的两个单入单出 (SISO)过程的传递函数模型 ,并对模型进行了检验。所建模型有助于研究脉冲GTAW熔池动态过程的受控性能 ,对改善其控制系统设计具有参考价值和指导作用。

脉冲GTAW焊缝成形智能控制方法

在作者前期工作的基础上 ,进一步展示了模糊神经网络与专家系统等智能化方法在电弧焊动态过程与焊缝成形控制中的应用结果 .在模糊推理与神经网络结合的单入单出焊接电流控制器FNNC设计的基础上 ,设计了专家系统控制器用于调节焊接速度 ,完成了焊接熔池动态过程双入双出智能控制器的设计 ,实现了脉冲GTAW正反面熔宽与焊缝成形的同时智能控制 .与前期工作一并构成了对电弧焊接熔池动态过程和焊接质量智能控制途径的成功探索 .

超高频脉冲GTAW工艺特性分析

基于5 mm厚的Ti-6Al-4V钛合金平板,分别采用常规钨极氩弧焊（Conventional gas tungsten arc welding,C-GTAW）和超高频脉冲钨极氩弧焊（Ultra high frequency pulsed GTAW,UHFP-GTAW）工艺,选用相同平均电流（60 A）进行焊接,同时利用FLUKE Ti400红外热像仪对熔池中心温度进行实时监测,分别对电弧定点燃烧时、以50 mm/min焊速移动时采集的熔池中心温度进行分析。由测量结果可知,与相同条件下C-GTAW相比,UHFP-GTAW作用下的熔池中心温度最大值增加了10-40 K,表明该工艺具有更高的能量密度。分析1.5 mm钛合金对接工艺试验的组织性能测试结果发现,焊缝区细小均匀的针状α＇马氏体形成的网篮组织含量增加,热影响区组织α＇相呈现短且小的针状且排列更为致密,可改善接头的拉伸力学性能、疲劳性能。UHFP-GTAW焊缝的伸长率最小增幅为30%,断面收缩率最小增幅为50%,疲劳寿命至少增加2倍。

脉冲GTAW焊过程辩识及PID控制

针对脉冲ＧＴＡＷ焊熔池动态过程，利用面积法、Ｌａｐｌａｃｅ变换的极限定理法及最小二乘法对焊接速度与熔池背面熔宽模型进行了辩识。结果表明，面积法更适用于熔池动态过程辩识；对辨识所得到的二阶熔池模型进行了 ＰＩＤ控制器设计，并针对起焊时的时滞采用 Ｓｍｉｔｈ预估器予以补偿。实验结果表明，Ｓｍｉｔｈ预估器对时滞具有很好的补偿效果。

铝合金脉冲GTAW焊熔池表面反射模型

在机器人智能化焊接过程中,采用视觉传感方式模拟焊工视觉获取熔池的形状信息.图像的灰度值决定于光源特性、物体表面形状、反射特性和摄像机特性.熔池图像隐含熔池的形状信息,为了从图像中提取熔池的形状信息,分析了铝合金脉冲GTAW焊的熔池表面反射特性,建立了熔池表面反射模型.

不锈钢超高频直流脉冲GTAW焊缝成形行为

基于超高频直流脉冲钨极氩弧焊技术(UHF-GTAW,ultrahigh frequency pulse-gas tungsten arc welding),完成了0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝熔透特性试验,研究分析了超高频脉冲方波电流对焊缝成形及熔池金属流动的影响规律.结果表明,在高频脉冲电流作用下,熔透率随频率增加而增大,在同等平均电流条件下,当脉冲频率达到80 kHz时,熔宽减小,熔深最大增加了88.7%,熔透率显著提升,至少增大了24.6%以上.结合试验数据对熔池流动行为进行了理论分析,讨论了熔池内部电磁力对焊缝成形的作用及对流体的驱动效果.

脉冲GTAW焊神经元自学习PSD控制

设计了一种用于脉冲ＧＴＡＷ焊过程控制的单神经元自学习ＰＳＤ控制器。仿真结果表明，单神经元自学习ＰＳＤ控制器调节时间快、超调量低、稳态误差小。突变散热工件板上堆焊实验结果表明，熔池反面熔宽实际值与设定值之间最大误差不超过０．３０ｍｍ，平均误差不超过０．１２ｍｍ，均方根误差不超过０．１０ｍｍ。可见神经元自学习ＰＳＤ控制器由于其具有自学习功能，非常适合具有变结构和变参数特点的焊接过程控制，提高了焊接动态过程智能控制的鲁棒性。

换热器不锈钢管板全位置脉冲GTAW焊

针对不锈钢管板式换热器管板角焊缝的焊接质量问题,采用深熔透全位置脉冲GTAW多层焊技术,并采用小工艺参数、窄焊道快速焊,合理控制焊接顺序和焊接方向,实现焊接与贴胀并举等措施,调控了焊接热输入及焊缝高温停留时间,提高了接头耐腐蚀性能,很好解决管板角焊缝的焊接质量问题,延长了换热器的使用寿命。

填丝脉冲GTAW熔池形状定义和图像处理

在填丝脉冲GTAW过程中 ,从熔池图像上可以观察到熔池形状的变化 ,如宽度、长度、后拖角和表面高度等。熟练焊工可以根据变化的情况实时地调整焊接规范 ,保证焊缝成形稳定。利用获得的焊接熔池图像 ,采用一定的熔池图像处理算法可以计算出熔池形状的特征参数 ,以满足过程建模和实时控制的要求。本文针对填丝脉冲GTAW熔池形状变化的特点 ,提出了统一的熔池形状非线性拟合公式和熔池形状参数。设计了快速图像处理算法 ,满足在实际焊接过程中提取熔池形状参数的要求。试验结果证明 ,熔池形状非线性拟合公式准确 ,图像处理算法有效 。

脉冲GTAW焊接区视觉图象传感系统

设计了一套用于焊缝成形质量控制的脉冲GTAW焊接区图象传感系统 ,可同时同幅获得熔池正前方、正后方和背面等三个角度的图象。复合滤光技术配合低的取像电流 ,有效地克服了弧光的影响 ,所获得的图象清晰度高、对比性强、信息丰富 。

铝合金脉冲GTAW焊熔池表面反射模型研究

熟练焊工能够通过观察熔池表面的凸凹信息获取熔池的成形,在机器人智能化焊接过程中,采用视觉传感方式模拟焊工视觉获取熔池的形状信息。图像的灰度值决定于光源特性、物体表面形状、反射特性和摄像机特性。熔池图像隐含熔池的形状信息,为了从图像中提取熔池的形状信息,分析了铝合金脉冲GTAW焊的熔池表面反射特性,熔池表面由漫反射表面、镜面反射表面和互反射表面组成,建立了熔池表面反射模型。

从图像恢复2A14铝合金脉冲GTAW熔池形状方法研究

智能化是运载火箭推进剂贮箱焊接的发展趋势,而智能化的基础是焊接过程中焊缝成形信息的实时传感。熔池表面高度对于焊接过程智能控制具有非常重要的作用,但是由于焊接过程独有的特点使得熔池表面高度的计算和测量极其困难。从阴影恢复形状方法是计算机视觉领域从图像提取物体形状的方法,其原理是基于物体的单幅图像通过求解物体表面的反射图方程来计算物体的表面高度。本文根据2A14铝合金脉冲GTAW熔池表面反射图模型采用最小值方法计算了熔池表面高度,并对不同送丝速度下熔池形状进行了对比,结果表明计算结果的变化趋势能够反映熔池表面形状随送丝速度变化的趋势,从而证明了从阴影恢复形状方法获取焊接熔池形状的可行性。

脉冲直流GTAW电弧条件下钎料润湿铺展数值模拟及分析

通过有限元法模拟镀锌钢板脉冲GTAW电弧钎焊温度场,研究了改变钎焊参数对692K(镀锌层熔化温度)和1323K(钎料熔化温度)的两条温度线的宽度变化的影响。经实验验证,计算结果与实测值结果相接近。研究表明,采用有限元数值模拟方法[1]可以用于优化钎焊工艺。

填丝脉冲GTAW焊缝成形的单变量智能控制

针对填丝脉冲 GTAW过程的不同熔透状态 ,提出了焊缝正面和反面的成形控制问题。考虑到焊接过程的非线性特点 ,结合 PID控制器和神经元控制器的优点 ,设计了基于单个神经元的单变量自学习 PID控制器。在 2 m m厚的哑铃形 A3钢试件上进行对接闭环控制实验 ,试验结果表明 :在散热条件变化的条件下单独调节脉冲占空比可以保证焊缝反面宽度的稳定 ;单独调节送丝速度可以保证焊缝正面高度的稳定。

脉冲电流频率对TC4钛合金焊缝成形的影响

基于超高频脉冲钨极氲弧焊技术，完成了TC4钛合金焊缝熔透特性试验，研究分析了脉冲电流频率对焊缝成形参数的影响及其作用规律．结果表明，脉冲频率f≤65kHz时，熔深、熔宽随脉冲频率的变化趋势基本一致，与常规直流相比，熔宽至少降低了12％；当f处于20～40kHz的范同内，深宽比上升趋势明显，脉冲频率进一步增加，深宽比的变化趋于稳定f〉70kHz时，熔宽最大减小了约35％，熔深小幅增长，深宽比提高显著．结合电弧形态试验结果分析发现，超高频脉冲电流引起的电弧形态变化是焊缝成形随脉冲频率变化的主要原闲．

TDW5000E超高频脉冲方波氩弧焊机的研制

TDW 5000E超高频脉冲方波氩弧焊机采用超高频脉冲GTAW技术、新型IGBT拓扑电路以MCU数字化控制方案,实现了超快速电流上升/下降沿变化速率（di/dt≥50 A/μs）及0～ 100 kHz脉冲频率的达百安培的方波电流输出.与常规焊机相比,利用超高频脉冲GTAW技术的焊机在普通方波的基础上叠加超高频脉冲电流,其脉冲电流幅值、占空比、脉冲频率等参数均可独立调节,确保不同焊接工艺过程的精确控制.研究表明,在铝合金、钛合金等航空航天高强材料的焊接加工中,该技术可有效降低焊缝的气孔敏感性、细化晶粒,显著提高焊接接头力学性能,具有重要的工程应用价值.

脉冲直流电弧钎焊温度场计算机模拟及分析

通过有限元法模拟镀锌钢板脉冲GTAW电弧钎焊温度场。研究了改变钎焊参数对692K(镀锌层熔化温度)和1323K(钎料熔化温度)的两条温度线的宽度变化的影响,经实验验证,计算结果与实测值结果相接近。本研究表明,采用有限元数值模拟[1]方法可以用于优化钎焊工艺。

冷却器管束全位置深熔透

针对DN800乙二醇冷煤冷却器管束-管板密集角焊缝的质量问题,运用全位置深熔透脉冲GTAW多层焊工艺,打底层不加焊丝,由四名焊工逐层同时由内向外呈辐射状、反方向对称施焊,采用小规范、小线能量得到内凹焊缝,然后胀管处理。实践证明,采用深熔透全位置脉冲GTAW焊接新工艺不仅降低了生产成本,而且能全面提升管/板填角焊缝的焊接质量,延长冷却器使用寿命。

一般问题

铝合金脉冲GTAW熔池表面反射模型的建立；大电流钨极氲-氦混合气体电弧行为分析；材料的焊接性对焊接质量及焊接成本的影响；铝合金脉冲MIG焊熔宽动态过程的视觉传感辨识；焊接性的数学分析——报告题目。