受控脈沖穿孔等離子弧焊接背面小孔動(dòng)態(tài)行為的視覺(jué)檢測(cè)與控制.pdf

1、受控脈沖穿孔等離子弧焊工藝對(duì)傳統(tǒng)工藝做出了新穎改進(jìn)，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(guò)檢測(cè)等離子弧尾焰電壓信號(hào)來(lái)間接反映小孔狀態(tài)，不足以充分描述小孔動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的細(xì)節(jié)。本研究采用視覺(jué)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(shí)演變過(guò)程。本文研究結(jié)果為深入理解小孔與熔池?zé)釥顟B(tài)的變化規(guī)律奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　構(gòu)建了以普通工業(yè)CCD攝像機(jī)為核心的

2、視覺(jué)傳感系統(tǒng)，不僅可以測(cè)量背面小孔出口的長(zhǎng)度和寬度等尺寸參數(shù)，而且可以測(cè)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(guò)程中，通過(guò)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(duì)電弧穿透能力的變化更為敏感。電弧熱輸入變化時(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果小孔中心偏移量過(guò)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(guò)小，熔池體積過(guò)度長(zhǎng)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(cè)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(guò)程中，每一個(gè)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(zhǎng)，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(guò)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(shí)長(zhǎng)，從而控制背面小孔中心偏移量。
　　基于合適的預(yù)測(cè)控制算法，建