铝合金双脉冲MIG焊电弧稳定性声发射评估方法

作     者：夏梓雄 

作者单位：佛山科学技术学院 

学位级别：硕士

导师姓名：何宽芳

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：双脉冲MIG焊 声发射信号 电弧稳定性 特征计算 强化学习 模糊评估 

摘      要：双脉冲熔化极惰性气体保护(Double pulse melt inert-gas,DP-MIG)焊是铝合金结构焊接制造的重要加工工艺。在铝合金DP-MIG焊加工过程中,电弧稳定状态决定了焊接过程电弧力、热的幅值大小和分布情况,直接影响到焊缝成型以及焊接接头的质量。由于材料、工艺参数和环境等因素的扰动易引发电弧状态失稳,难以保证焊接质量。为确保铝合金DP-MIG焊焊接过程电弧稳定性和焊接质量,研究铝合金DP-MIG焊电弧稳定性评估方法,对于支撑铝合金DPMIG焊高效、高质焊接加工提供理论基础和技术支持。论文通过搭建铝合金DP-MIG焊声发射测试实验平台进行声发射(Acoustic emission,AE)信号测试,研究电弧声发射信号自适应提取方法,实现铝合金DPMIG焊电弧声发射信号自适应提取,研究声发射信号多域多类别特征计算方法及降维方法,并结合多层模糊综合评估分析方法,实现对铝合金DP-MIG焊电弧稳定性定量评估。主要内容如下:(1)搭建了铝合金DP-MIG焊声发射测试实验平台,该平台由铝合金DPMIG焊系统和声发射信号采集系统构成,设计了铝合金DP-MIG焊声发射信号采集实验,采用该平台进行铝合金DP-MIG焊声发射采集实验,实现了铝合金DP-MIG焊接过程声发射信号的采集和存储。(2)研究了一种基于自适应共振解调技术的焊接过程电弧声发射信号的自适提取方法。采用局部均值分解(Local mean decomposition,LMD)方法对铝合金DP-MIG焊声发射信号进行分解,并根据信息熵理论自适应选取其高共振中心频率,通过Morlet小波构造带通滤波器实现对电弧声发射信号频段成分的有效提取,经包络解调得到电弧声发射信号。(3)对铝合金DP-MIG焊电弧声发射信号进行时域、频域、时频域和熵特征计算,得到表征电弧稳定性的声发射信号特征集。研究了一种基于强化学习和主成分分析的特征降维处理方法,该方法结合Q-learning与主成分分析,对电弧稳定性声发射信号特征集进行学习选择和熵特征分解与重构,并结合邻近算法(K-Nearest Neighbor,KNN)算法确定各特征重要性权重,实现了电弧稳定性声发射信号特征的简约表示。(4)针对铝合金DP-MIG焊电弧稳定性定量评估,研究了一种电弧稳定性多层模糊综合评估方法。构建了基于声发射信号特征的铝合金DP-MIG焊电弧稳定性评价指标体系及其比较矩阵,采用盲分析得到指标总体评价程度和指标权重,划分了电弧稳定性等级及指标的数值区间,并结合隶属度函数和海明贴近度方法计算了各指标的贴进度,对铝合金DP-MIG焊电弧稳定性进行评估,实现了铝合金DP-MIG焊电弧稳定性定量评估。