聲信號陣列檢測雷射焊接熔池基礎理論與方法

《聲信號陣列檢測雷射焊接熔池基礎理論與方法》是依託天津大學，由羅震擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聲信號陣列檢測雷射焊接熔池基礎理論與方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：羅震
• 依託單位：天津大學

項目摘要

雷射焊接過程檢測是保證焊接質量的關鍵，熔池形狀決定焊接質量，同時它也是焊接過程中的聲源，具有雙重屬性，包含大量熔池信息；但由於其易受環境噪聲干擾，使它在雷射焊接中的套用受到限制。近期研究發現，感測器陣列技術與信號處理方法能夠消除噪聲，定位聲源，這為雷射焊接質量檢測提供了新的途徑。本課題率先將傳聲器陣列技術用於雷射焊接聲信號檢測，依靠基礎科學理論和前沿共性技術交叉研究，解決目前存在未知現象和規律，對提高聲信號檢測焊接質量非常重要。本項目擬研究焊接過程移動聲音信號在聲場中傳播基本特性，建立熔池形狀、位置與焊接質量的關係，揭示不同熔池腔發聲的規律，得到雷射焊縫變化的準確結果。課題擬計算焊接過程的聲場、熔池溫場、電漿和熔體金屬的流場，研究陣列採集信號與雷射焊接聲源發聲內在聯繫，建立有關模型及算法；計算動態聲源實時壓力，評價焊接過程焊縫的質量，該項研究具有重要科學理論價值和套用前景。

結題摘要

雷射焊接過程檢測是保證焊接質量的關鍵，熔池形狀決定焊接質量，同時它也是焊接過程中的聲源，具有雙重屬性，包含大量熔池信息；但由於其易受環境噪聲干擾，使它在雷射焊接中的套用受到限制。近期研究發現，感測器陣列技術與信號處理方法能夠消除噪聲，定位聲源，這為雷射焊接質量檢測提供了新的途徑。因此，本項目率先將傳聲器陣列技術用於雷射焊接聲信號檢測。本項目主要針對雷射焊接過程中的聲信號易受噪聲干擾的問題，套用聲學原理、傳熱傳質學及流體力學理論、電漿物理學等多學科理論，闡明聲信號在雷射焊接中的產生、傳播規律；發現焊接質量與熔池形狀尺寸、焊接工藝參數、熔體金屬流變等關係；提出雷射焊接傳聲器陣列及陣列信號處理方法，指導焊接聲音信號的降噪、聲源識別與定位、移動聲源聲壓信號實時跟蹤與評價等。其主要研究內容包括：焊接過程移動聲音信號在聲場中傳播基本特性，建立熔池形狀、位置與焊接質量的關係，揭示不同熔池腔發聲的規律，得到雷射焊縫變化的準確結果。計算了焊接過程的聲場、熔池溫場、電漿和熔體金屬的流場，研究陣列採集信號與雷射焊接聲源發聲內在聯繫，建立有關模型及算法；計算動態聲源實時壓力，評價焊接過程焊縫的質量。取得成果包括：將感測器陣列及陣列信號處理方法套用於雷射深熔焊接過程，完成了雷射焊接聲信號的降噪、識別與定位、動態聲源的實時監測、算法的研究；同時，建立了一套基於傳聲器陣列的雷射深熔焊“小孔”形態監測裝置，能夠準確檢測小孔聲音信號、實現聲源識別、定位和跟蹤；另外，形成樣機1台，申請發明專利10 項，發表論文44篇，完成了項目任務。從目前所掌握資料看，國際上還沒有將陣列聲源識別技術和盲信號處理算法套用到雷射焊接質量檢測領域，本項目在國家自然科學基金委的資助下開展的研究工作，在國內率先開展基於傳聲器陣列的雷射焊接過程質量檢測研究，取得的研究成果對雷射焊接過程的質量檢測奠定良好的基礎。