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弧光法与激光视觉法检测熔池振荡特征的对比分析

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焊接学报 2016年第9期37卷 18-22,129-130页

作者：顾玉芬杜雷明李春凯石玗兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

为了研究不同焊接条件下激光视觉法与弧光传感法对脉冲GTAW焊熔池振荡信号的传感效果,分别建立了相应的试验系统,并进行了提取脉冲GTAW定点及连续焊熔池振荡频率的试验,对比分析了两种方法的传感效果.结果表明,定点焊时弧光传感法与激... 详细信息

为了研究不同焊接条件下激光视觉法与弧光传感法对脉冲GTAW焊熔池振荡信号的传感效果,分别建立了相应的试验系统,并进行了提取脉冲GTAW定点及连续焊熔池振荡频率的试验,对比分析了两种方法的传感效果.结果表明,定点焊时弧光传感法与激光视觉法都能够稳定并准确的检测出熔池振荡频率;连续焊时随着焊接速度的提高弧光法传感获得熔池振荡信号质量变差,而焊接速度的变化对激光视觉法获得熔池振荡信号质量影响较小.因此在连续焊接条件下,激光视觉法具有更好的适应性.

关键词：熔池振荡弧光激光视觉

脉冲钨极气体保护焊熔池振荡频率激光视觉测量

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上海交通大学学报 2016年第12期50卷 1910-1914页

作者：石玗李春凯顾玉芬朱明樊丁兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

为检测连续焊接条件下熔池振荡频率,提出了一种激光视觉测量的熔池振荡检测方法,介绍了激光视觉测量的原理、搭建了试验平台.采集反映熔池表面振荡变化的图像,并进行了裁剪、中值滤波、顶帽变换、二值化处理;编写程序获取熔池振荡的时... 详细信息

为检测连续焊接条件下熔池振荡频率,提出了一种激光视觉测量的熔池振荡检测方法,介绍了激光视觉测量的原理、搭建了试验平台.采集反映熔池表面振荡变化的图像,并进行了裁剪、中值滤波、顶帽变换、二值化处理;编写程序获取熔池振荡的时域信号,进一步通过快速傅里叶变换算法提取了熔池振荡频率.结果表明:该方法能够实现连续焊接条件下熔池振荡频率的检测;顶帽变换图像算法能将整幅图像背景亮度均匀化,为提取完整的激光条纹及熔池振荡频率奠定了基础.

关键词：激光视觉熔池振荡顶帽变换图像处理

连续焊接P-GTAW熔池振荡频率激光光电转换实时检测系统

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焊接学报 2018年第1期39卷 75-78,88页

作者：李春凯石玗杜雷明顾玉芬朱明兰州理工大学省部共建有色金属先进材料加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

钨极氩弧焊(GTAW)熔池振荡频率与熔池体积具有直接物理对应关系,但振荡频率检测十分困难.为此,提出了一种基于光电转换原理的激光光电转换法用于连续脉冲钨极氩弧焊(P-GTAW)熔池振荡频率的实时检测并搭建了试验平台.采集了激光光电转换... 详细信息

钨极氩弧焊(GTAW)熔池振荡频率与熔池体积具有直接物理对应关系,但振荡频率检测十分困难.为此,提出了一种基于光电转换原理的激光光电转换法用于连续脉冲钨极氩弧焊(P-GTAW)熔池振荡频率的实时检测并搭建了试验平台.采集了激光光电转换法熔池振荡电压信号和图像激光视觉法的激光条纹视频,并对比分析了两种方法的优缺点.结果表明,图像激光视觉法具有较强抗干扰能力、信噪比高,但算法复杂,很难用于实时检测;激光光电转换法具有高采样率、处理速度快、设备简单、信噪比高等特点,能够满足对熔池振荡信号的实时检测及后续熔透控制.

关键词：熔池振荡激光视觉激光光电转换实时检测

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连续脉冲GTAW熔池振荡频率的检测及分析

焊接学报 2017年第10期38卷 43-46页

作者：李春凯石玗朱明顾玉芬兰州理工大学省部共建有色金属先进材料加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

GTAW熔池振荡频率与熔池体积具有直接物理对应关系,但其振荡频率检测较为困难,尤其在连续焊接时难度很大.为此,提出了一种用于定点及连续焊接条件下熔池振荡频率特征检测的激光视觉测量方法.对定点及连续焊接条件下熔池振荡频率从未熔... 详细信息

GTAW熔池振荡频率与熔池体积具有直接物理对应关系,但其振荡频率检测较为困难,尤其在连续焊接时难度很大.为此,提出了一种用于定点及连续焊接条件下熔池振荡频率特征检测的激光视觉测量方法.对定点及连续焊接条件下熔池振荡频率从未熔透到全熔透的变化规律进行了研究,并对其进行了分析.结果表明,定点焊时熔池从未熔透到全熔透仅出现一种转变模式:突变模式;在连续焊接时由于电弧作用于熔池中心点的位置偏移,造成熔池表面出现了非对称振荡模式,引起频率转变出现了两种模式:连续转变模式和突变模式.以上频率特征可用于GTAW熔透的传感与控制.

关键词：激光视觉熔池振荡频率转变模式连续焊接

不同标定窗口条件下的连续焊接熔池振荡频率检测与分析

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上海交通大学学报 2016年第10期50卷 1550-1554页

作者：李春凯石玗朱明杜雷明顾玉芬兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

提出了一种利用激光视觉原理测量熔池振荡频率的方法.采用高速摄像机采集反映熔池表面振荡变化的图像,并设计图像处理方法以实现振荡频率的提取.为了研究标定窗口大小对熔池振荡频率的影响,提取了不同像素值下的熔池振荡频率,并分析了... 详细信息

提出了一种利用激光视觉原理测量熔池振荡频率的方法.采用高速摄像机采集反映熔池表面振荡变化的图像,并设计图像处理方法以实现振荡频率的提取.为了研究标定窗口大小对熔池振荡频率的影响,提取了不同像素值下的熔池振荡频率,并分析了其对熔池表面振荡及内部金属流动的影响.结果表明:激光视觉测量方法能够精确检测熔池表面各个方向金属的振荡、流动情况;选取部分窗口标定,将会造成熔池振荡信息丢失而无法得到准确的熔池各个方向金属的振荡频率,因此,需将整个激光条纹所在图像区域全部标定.

关键词：钨极惰性气体保护焊激光视觉熔池振荡连续焊接标定窗口

药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造电弧特性与熔池振荡行为研究

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药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造电弧特性与熔池振荡行为研究

作者：赵晓燕天津大学

学位级别：硕士

丝材电弧增材制造因具有沉积率高、材料利用率高等优点而成为增材制造技术的研究热点,并广泛应用于航天航空、船舶、工业制造等多个领域。丝材电弧增材制造目前的研究主要侧重于丝材电弧增材制造工艺探索、成形质量以及组织结构等,而较... 详细信息

丝材电弧增材制造因具有沉积率高、材料利用率高等优点而成为增材制造技术的研究热点,并广泛应用于航天航空、船舶、工业制造等多个领域。丝材电弧增材制造目前的研究主要侧重于丝材电弧增材制造工艺探索、成形质量以及组织结构等,而较少研究关注丝材电弧增材制造过程中的电弧特性与熔池行为。基于此研究现状,本论文利用光谱检测与高速摄像技术对药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造过程中的电弧特性与熔池行为进行研究。利用光谱检测,分别采集了平行于和垂直于焊枪运动方向两个方向上的电弧光谱数据。对垂直于焊枪运动方向的电弧光谱数据进行分析,绘制电弧温度场分布图,计算电子密度变化情况,标记了药芯焊丝中特有成分Na元素在电弧中的分布范围。结果表明,增材过程中填丝未对电弧温度场造成较大影响,电弧比较稳定;温度越高电子密度值越大;根据Na元素在电弧空间的分布情况,推测药芯焊丝中的药粉成分也未对钨极造成沾染,药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造工艺是成功的。在平行于焊枪运动方向,观察到电弧呈倒“Y”形,电弧尾焰依附在增材薄壁件两侧。采用stark展宽法计算倒“Y”形电弧两侧尾焰的电子密度,发现该区域电弧处于临界状态,计算倒“Y”形电弧温度分布,根据计算结果推测存在一些区域不属于热力学临界状态,更不满足局部热力学平衡条件。利用高速摄像拍摄不同脉冲电流下的丝材熔滴过渡情况,选取电弧特征差异大的脉冲基值电流/脉冲峰值电流分别为50/100 A、50/190 A的图片进行分析。结果表明,在不同脉冲电流参数下均存在液桥与渣桥两种过渡模式,并且脉冲峰值电流越小,出现渣桥过渡的频率越高。当脉冲峰值电流变小,电弧面积减小,电弧更容易作用到熔滴侧下方而不是笼罩整个熔滴,熔滴侧下方蒸发的金属蒸气的反作用力推动熔滴沿着焊丝向上运动,出现渣桥过渡。统计分析表明,熔敷第一层与第十层熔池振荡本征频率分别为30 Hz与70 Hz左右,这是因为熔敷第一层与第十层时脉冲峰值电流与送丝速度不同,形成的熔池尺寸相差较大。根据不同层的振荡频率与成形件宽度,运用焊接条件下部分熔透的公式模型推出增材制造条件下熔池振荡本征频率计算公式。

关键词：药芯焊丝增材制造电弧特性熔池振荡熔滴过渡

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超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡效应

超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡效应

作者：陶旭阳上海工程技术大学

学位级别：硕士

超薄板(板厚在100μm及以下)由于其对热输入非常敏感而造成在焊接过程中极易出现烧穿和变形的缺陷,这些缺陷的产生,与热输入作用下的超薄板焊接熔池的振荡过程密切相关。焊接熔池振荡是焊接过程中母材受热熔化所形成的液态熔池发生周期... 详细信息

超薄板(板厚在100μm及以下)由于其对热输入非常敏感而造成在焊接过程中极易出现烧穿和变形的缺陷,这些缺陷的产生,与热输入作用下的超薄板焊接熔池的振荡过程密切相关。焊接熔池振荡是焊接过程中母材受热熔化所形成的液态熔池发生周期性波动的现象,包含了熔池固有振荡以及受外力影响产生的诱发振荡,其中熔池的固有振荡与熔池的尺寸具有直接关系,即与材料特性相关,而熔池的诱发振荡与焊接过程的外力(机械振动、脉冲电弧力等)的作用相关。熔池振荡过程包含熔池形貌、熔池的动态流动过程、母材熔透状态等大量的特征信息,对其研究具有非常重要的意义。超薄板焊接由于受到母材板厚的限制,熔池的振幅非常微弱,很难通过肉眼观察到熔池的波动;且由于超薄板焊接中受到焊枪位置的限制和电弧光的强烈干扰,想要直观地检测到超薄板焊接熔池的振荡非常困难;同时,在脉冲下的超薄板微束等离子弧焊(P-MPAW)熔池振荡又对其检测提出了特殊的要求。因此,研究寻找适合于超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡的方法,并全面深入基于检测的超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡特征,以减小超薄板(板厚在100μm及以下)在焊接过程中极易出现的烧穿和变形缺陷,具有非常重要的意义。本研究首先对100μm板厚304不锈钢超薄板进行了P-MPAW工艺和成形研究,通过脉冲电流的4个参数(峰值电流、基值电流、占空比、频率)的不同匹配,细致调节了对100μm板厚304不锈钢超薄板进行焊接的热输入,成功避免了超薄板焊接过程中的烧穿和变形缺陷的出现,实现了超薄板焊接的单面焊双面成形。研究表明:100μm板厚304不锈钢超薄板P-MPAW在焊接电流为1.8 A、焊接速度为4.2 mm/s、焊炬高度为2 mm以及离子气流量和保护气流量分别为0.5 L/min和3.5 L/min工艺条件下,可以得到熔池不连续、熔池连续不等宽、熔池重容、鱼鳞状以及连续熔池这五种单面焊双面成形。其中,脉冲频率对焊缝成形的影响最大,随着脉冲频率的增大,焊缝形貌的变化呈现出,从焊缝熔池不连续到连续不等宽,到熔池重熔,再到鱼鳞纹状,最后到连续熔池的变化趋势。其次,本文研究提出了基于电弧电压、基于熔池表面反射光以及基于视觉传感的这三种超薄板P-MPAW熔池振荡的检测方法,基于这三种方法对超薄板P-MPAW的熔池振荡进行了实时检测。研究表明:(1)基于电弧电压的超薄板P-MPAW熔池振荡的检测,可实现超薄板P-MPAW熔池实时检测,所采集到的弧压信号噪声小,质量良好;(2)基于熔池表面反射光的超薄板P-MPAW熔池振荡的检测,很好地利用了激光的光学放大作用,使得原本微弱的熔池振荡得到放大,成功实现超薄板P-MPAW熔池振荡的实时检测;(3)基于视觉传感的超薄板P-MPAW熔池振荡的检测,是对熔池进行检测最为直观的方式,熔池图像进行形态学处理后获得了熔池的面积、边界以及径长等特征信息,通过熔池各特征信息的动态变化对超薄板P-MPAW熔池的振荡波动性和波纹性特征进行了研究。最后,通过滤波降噪、时频分析信息处理技术,成功提取了由基于电弧电压、基于熔池表面反射光、基于视觉传感这三种检测方法获得的超薄板P-MPAW熔池振荡特征信息。在此基础上,进一步深入研究了脉冲参数对超薄板P-MPAW熔池振荡的影响机制。研究表明:(1)基于弧压检测所得到的熔池振荡特征表现为:在相同占空比和脉冲频率下,熔池固有振荡频率随基值电流和峰值电流之间的差异减小而减小;熔池固有振荡频率随脉冲频率的增加而增加,但在高频条件下这种固有振荡频率随脉冲频率增加而增加的趋势变缓,且熔池最高振荡频率都不会超过300 Hz;(2)基于熔池表面反射光检测所得到的熔池固有振荡特征随脉冲参数的变化规律与基于弧压检测所得到的熔池固有振荡特征随脉冲参数的变化规律基本相同。但由于干扰因素的存在,基于这两种检测方法所得到的超薄板P-MPAW熔池振荡的特征信息都存在误差;(3)基于视觉传感检测所得到的的超薄板P-MPAW熔池振荡的振荡幅度随着脉冲频率增大而减小;在占空比和基值电流/峰值电流保持不变时,随着脉冲频率的增大,熔池振荡波纹第一波段与熔池边界的距离会随之减,第一波段的宽度也会随之减小,第一波段的灰度值会随之增大。

关键词：超薄板微束等离子弧焊接熔池振荡脉冲电流检测

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超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡特征

上海工程技术大学学报 2023年第1期37卷 34-40页

作者：贾琪何建萍徐磊陶旭阳上海工程技术大学材料科学与工程学院上海201620

由于熔池的振荡行为,熔池轮廓的动态变化具有一定的波动性.基于视觉传感检测方法,研究0.1 mm厚超薄板不锈钢脉冲微束等离子弧焊接的熔池振荡行为,讨论焊接电流的不同脉冲参数对熔池振荡频率和振幅的影响.结果表明,在基值电流和峰值电流... 详细信息

由于熔池的振荡行为,熔池轮廓的动态变化具有一定的波动性.基于视觉传感检测方法,研究0.1 mm厚超薄板不锈钢脉冲微束等离子弧焊接的熔池振荡行为,讨论焊接电流的不同脉冲参数对熔池振荡频率和振幅的影响.结果表明,在基值电流和峰值电流作用期间,熔池的大小是小幅度波动的,这是由熔池振荡引起的;熔池的振荡频率在一定范围内随着脉冲电流的频率增加而增加,而熔池振荡幅度随脉冲电流频率的加大而减小.熔池的振荡频率可以反映焊缝成形质量的好坏.

关键词：视觉传感超薄板熔池振荡脉冲微束等离子弧焊

基于LabView脉冲微束等离子弧焊熔池振荡信息提取

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智能计算机与应用 2020年第3期10卷 371-374页

作者：陶旭阳何建萍徐磊上海工程技术大学材料工程学院上海201620

熔池振荡频率与熔池尺寸具有直接的物理关系,在脉冲电流的激发下,焊接熔池自由表面将会以其自身固有频率振荡。在实验室现有的脉冲微束等离子弧焊接试验系统基础上,设计并搭建焊接电信号实时采集系统,利用LabView软件对采集到的电弧电... 详细信息

熔池振荡频率与熔池尺寸具有直接的物理关系,在脉冲电流的激发下,焊接熔池自由表面将会以其自身固有频率振荡。在实验室现有的脉冲微束等离子弧焊接试验系统基础上,设计并搭建焊接电信号实时采集系统,利用LabView软件对采集到的电弧电压信号进行频谱分析,从中提取到了熔池的振荡频率。并设计变量实验,以探讨脉冲频率增加对于熔池振荡频率的影响。结果表明,在其他焊接工艺参数不变的前提下,随着脉冲频率的增加熔池的振荡频率几乎呈线性增加,且熔池振荡频率约为脉冲频率的5倍。

关键词：熔池振荡电弧电压频谱分析 LabView