受控脈沖穿孔等離子弧焊接背面小孔動態(tài)行為的視覺檢測與控制.pdf

1、受控脈沖穿孔等離子弧焊工藝對傳統(tǒng)工藝做出了新穎改進，具備獲得優(yōu)質(zhì)接頭并拓寬焊接工藝參數(shù)裕度的潛力。但是，原有系統(tǒng)通過檢測等離子弧尾焰電壓信號來間接反映小孔狀態(tài)，不足以充分描述小孔動態(tài)變化過程的細節(jié)。本研究采用視覺傳感方法獲取工件背面的小孔圖像，能夠直觀清晰地表現(xiàn)小孔特征參數(shù)隨脈沖電流的瞬時演變過程。本文研究結(jié)果為深入理解小孔與熔池熱狀態(tài)的變化規(guī)律奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　構(gòu)建了以普通工業(yè)CCD攝像機為核心的

2、視覺傳感系統(tǒng)，不僅可以測量背面小孔出口的長度和寬度等尺寸參數(shù)，而且可以測量背面小孔中心與正面焊槍中心軸線之間的偏移距離（即小孔中心偏移量）。在恒定參數(shù)穿孔焊接過程中，通過使用不同的焊接電流、焊接速度和離子氣流量調(diào)節(jié)電弧穿透能力，觀察背面小孔參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)背面小孔中心偏移量對電弧穿透能力的變化更為敏感。電弧熱輸入變化時，小孔周圍熱狀態(tài)發(fā)生變化;這不僅可以影響焊縫熔寬，而且可以顯著地改變小孔前壁的傾斜程度。小孔前壁的傾斜程度決定了背面小孔

3、中心偏移量的大小。因此，小孔中心偏移量可以很好地反映小孔前壁熔化狀態(tài)。小孔熱狀態(tài)發(fā)生變化時，背面小孔中心偏移量可以比小孔尺寸更好地反映小孔的動態(tài)特性。
　　背面小孔中心偏移量的大小，代表了小孔孔道的彎曲程度，是影響焊縫缺陷形成的關(guān)鍵因素之一。實驗結(jié)果表明，如果小孔中心偏移量過大，焊縫中容易形成氣孔，且焊縫表面成形質(zhì)量差;如果小孔中心偏移量過小，熔池體積過度長大后，容易出現(xiàn)焊縫塌陷甚至燒穿。根據(jù)背面小孔中心偏移量可以預(yù)測焊縫成形不佳

4、、焊縫氣孔、焊縫塌陷和燒穿四種缺陷。
　　研究發(fā)現(xiàn)，受控脈沖穿孔焊接過程中，每一個脈沖周期內(nèi)，在穿透小孔形成瞬間，背而小孔中心偏移量最大;隨后，小孔中心偏移量迅速降低。在閉合小孔階段終了或者穿透小孔建立之初，小孔前壁傾斜程度最大。穿透小孔維持階段越長，小孔前壁曲面傾斜程度越小，則背面小孔中心偏移量越小。通過調(diào)節(jié)脈沖電流后沿的下降斜率，可以控制穿透小孔維持階段的時長，從而控制背面小孔中心偏移量。
　　基于合適的預(yù)測控制算法，建