脉冲熔化极气体保护焊熔透信息检测与分析

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1、脉冲熔化极气体保护焊熔透信息检测与分析Detectionandanalysisofpenetrationinformationinpulsedgasmetalarcwelding学科专业：材料加工工程研究生：白鹏飞指导教师：胡绳荪教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月摘要焊接熔透控制是智能制造焊接质量控制中的核心问题，保证整条焊缝获得均一稳定的熔深或熔透状态是最理想的焊接结果。然而由于不同的焊接阶段所处条件的差异往往造成熔透控制效果不佳。因此本文旨在探究脉冲熔化极气体保护焊起始阶段和稳定

2、阶段熔池动态中的焊接熔深及熔透状态规律，这将对丰富熔池传感信息、实现精准控制具有重要的指导意义。在GMAW-P焊接中利用定点焊接模拟焊接起始阶段研究熔透状态规律，固定焊接时间为2s，通过改变送丝速度（WFS）实现不同的焊缝熔深及熔透状态。研究发现脉冲峰值阶段电弧电压波动（△U）与焊接时间的关系曲线呈先下降再水平的趋势，其转折点即为焊缝达到稳定熔深或熔透状态的时刻。根据结构激光反射法和电信号的信息融合传感，对GMAW-P连续焊熔透规律进行了分析。研究发现△U和脉冲峰值阶段电弧电压平均值（Mean_

3、U）两个电信号特征量均可以识别焊接是否发生熔透。但该识别过程存在延迟，因此需要进行预测控制。分析了峰值阶段激光反射条纹在不同熔透状态下的特征规律，提出了基于峰值阶段熔滴过渡前以及整个峰值阶段两种情况下的特征信号，分别是激光条纹曲率和激光条纹像素累加值。研究发现，过熔透激光条纹不能分辨出每一条条纹，整体呈“小燕状”，条纹外轮廓的曲率最大，未熔透和临界熔透激光条纹可以进行分辨，随着熔深的增加，激光条纹曲率逐渐减小，临界熔透激光条纹曲率最小。整个峰值阶段的激光条纹像素累加值的变化趋势可以准确反映焊缝背

4、面的熔透情况，当焊接由未熔透转变熔透时，像素累加值由于激光反射条纹的减少而降低，反之，像素累加值由于激光反射条纹的增多而增大。关键词：熔透，熔池，电信号，结构激光反射法，脉冲熔化极气体保护焊IABSTRACTWeldpenetrationcontrolisthecoreproblemofweldingqualitycontrolofintelligentmanufacturing.Thebestresultistoobtainuniformandstableweldpenetrationinth

5、eweldingprocess.However,theeffectofpenetrationcontrolisusuallyunstableduetodifferentweldingconditionsindifferentweldingstages.Theprimaryaimofthispaperistofindcharacteristicvariableswhichcanreflecttheweldpenetrationstatesofthebeginningandstablestageso

6、fpulsedgasmetalarcwelding.Thisresearchhasimportanttheoreticalmeaningforenrichingtheweldpoolsensinginformationandrealizingprecisecontrol.TheweldpenetrationstatelawofthebeginningstageofGMAW-P,whichissimulatedbystationarywelding,isstudiedbykeepingthewel

7、dtorchandworkpiecestillandlasting2seconds.Differentweldpenetrationstatesarerealizedbychangingthewirefeedspeed(WFS).Theresultsindicatethatthefluctuationvalueofpeakvoltage(△U)decreasesfirstandthenkeephorizontal.Thestatusweldpenetrationisachievedattheti

8、mewhenturningpointappears.TheweldpenetrationstatelawofthestablestageofGMAW-Pisanalyzedthroughmulti-informationsensing.Theresultsindicatethat△Uandtheaveragevalueofpeakvoltage(Mean_U)bothcanidentifywhetherthefullpenetrationoccursornot.However，theelectr