GMAW-P熔池表面動態行為和熔透實時控制機理及策略研究

《GMAW-P熔池表面動態行為和熔透實時控制機理及策略研究》是依託天津大學，由王志江擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：GMAW-P熔池表面動態行為和熔透實時控制機理及策略研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王志江
• 依託單位：天津大學

項目摘要

在脈衝熔化極氣體保護焊(GMAW-P)過程中利用結構光反射法採集系列熔池表面反射條紋圖像，著重獲取強電弧籠罩下的熔池表面“凹坑”深度信息，並將系列熔池表面信息參數化和特徵化。利用實測熔池形狀信息，作為熔池數值模擬的初始條件，並以數值模擬為手段研究熔池內部動態行為機理。採用非線性系統辨識手段建立熔池表面信息和熔透之間的動態系統模型，將其與試驗測量結果/數值模擬結果對比，深入研究GMAW-P過程中熔池動態行為及熔透控制系統的內在機理，並進一步討論熔透實時控制策略。

結題摘要

熔透控制是焊接自動化領域重要的課題之一。項目以熔化極氣體保護焊（GMAW-P）為研究對象，探索焊接熔透控制機理。在GMAW-P峰值期間，即強弧光條件下，獲得了熔滴過渡前清晰的熔池表面反射雷射條紋圖像。利用峰值期間雷射反射條紋圖像像素累加，反映熔池表面波動，進而表征焊接熔透。結合峰值期間電弧電壓均值（反映熔池下榻），採用峰值期間電弧電壓變化（反映熔池表面波動），即採用熔池表面波動係數反映焊接熔透。電弧電壓信號現場容易獲得，是良好的現場實時控制反饋信號。將焊接熔深/熔透控制感測從單純熔深控制拓展到更大範圍，涵蓋臨界熔透和全熔透控制。從為熔透至臨界熔透再至全熔透甚至過熔透，峰值期間電弧電壓均值經歷先增大後減小的過程，而峰值期間電弧電壓變化經歷先減小後增大過程。臨界熔透對應這拐點。試驗研究和數值模擬研究表面，熔池體積大或熔深大時，熔池慣性大，熔池表面波動範圍小，是良好的熔透感測信號之一，可以用雷射條紋波動或電弧電壓波動來表征。系統辨識結果表明，焊接熔透控制系統可以用帶有干擾的Hammerstein模型來表述，其線性系統部分為3階。系統存在非線性、大時延、時變等特徵。針對焊接熔透控制系統特點，開發了自適應預測非線性控制器，實現了GMAW-P熔深的實時控制，控制精度較高，魯棒性較強。在精度要求不高的場合下，可將焊接熔深控制系統簡化為線性系統進行實時控制。項目完成對於探討熔透控制機理，實現現場焊接熔透實時控制有重要意義。