文档介绍：基于超声技术的焊接熔深测试研究可行性研究报告
一、选题的必要性
1、项目所处技术领域产业政策;
项目所处技术领域为材料加工工程领域,目前江西省正大力发展制造业
信息化、自动化,提升技术含量,同时提倡加强劳动保护,改善工人劳动条件。
具体来说,项目的研究内容与材料加工工程中的焊接加工密切相关。众所周知,
焊接弧光辐射会伤害眼睛,手工焊接劳动强度极大,对于重要件的焊接,也很
难保证焊接质量。基于超声技术焊接熔深测试研究的内容,对于保证焊接质量,
实现焊接自动化,降低工人劳动强度,改善工人劳动条件,提高生产效率具有
重要的意义。(具体立项必要性和项目意义可参见项目申报书立项依据内容)
2、项目所处技术领域技术发展现状;
(1)国内外研究现状及发展趋势
熔深检测与控制技术是保证焊接质量与实现焊接自动化的关键因素,是
焊接自动化和焊接机器人研究发展的基础,因此,各工业发达国家给予了高度
的重视,国内外对此都开展了大量的研究。清华大学潘际銮院士采用线性电荷
D)及光纤从焊缝背面检测熔透度信息,D 创
造了比色求温度场的方法,通过实时检测温度场达到了闭环控制焊接熔透的目
的。D 实测焊接工件背面温度厂热图像,发展了焊
缝偏差和熔深识别集成智能控制系统。哈尔滨工业大学陈善本教授和吴林教授
D 摄取熔池图象信息,通过自学****模糊神经网络,对脉冲钨极气体保
护电弧焊(GTAW)的熔池尺寸(主要为熔宽)进行控制,试验表明该方法有效
地提高了焊缝成形质量。华南理工大学黄石生教授通过建立焊缝质量神经网络
数学模型实现了熔池尺寸的控制和熔深的检测。荷兰的AENDENROOMER .
等人利用附加脉冲电流引起熔池振荡,研究了振荡频率峰值与焊缝熔透程度即
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熔深之间的关系,找出了未熔透、全熔透和过熔透状态与熔池振荡频率之间的
内在规律,实现了脉冲 GTAW 的熔深监控。美国的
感元件对焊接温度场进行检测,并建立了焊接过程的动、静态模型,构成了一
个激光焊闭环熔深估计器,为熔深自动控制提供了一种新的方法。美国的
CHRISSTNER ,通过调整电弧电压实现了钨极
氩弧焊(TIG 焊)熔深的在线控制。上海交通大学的齐志扬教授针对熔透控制
这类大时滞系统,研究了一种动态矩阵控制法,并应用其预测性进行熔深控制,
克服了熔深传统比例积分微分(PID)控制方法易引起系统振荡的缺点。上海
交通大学何德孚教授对焊接熔池振荡检测及焊缝成形的自适应控制进行了研
究。另外,还有利用熔池穿透时电弧的声频讯号进行熔深检测的声电法,利用
在等离子弧焊、埋弧焊以及MAG 焊图挨肩下利用穿透熔池时的电弧的导电性
的弧焰接触导电法,声发射法和基于电弧参数、坡口尺寸的前馈控制法以及红
外检测法等。
上述方法均为焊缝熔深控制提供了有力的工具,由于焊缝熔深难以在实
时条件下直接检测,因此这些方法基本上都是通过对相关量的间接检测而实现
的。而焊接过程是一个典型的非线性、强耦合、时变和不确定的多变量复杂系
统,这给焊缝熔深特征信息的实时提取带来了一定的困难。对于焊接温度场方
法测量熔深,如果采用光纤传感器需要事先埋入光纤,成本较高,对于焊接自
动化过程很难具备通用性;如果采用红外传感方法,通过温度场分析来测量熔
深,给测量实时性和精度的提高增加了困难。对于视觉方法测量熔深,由于焊
接弧光干扰,以及图像处理数据量较大,同样难以提高测量实时性和测量精度。
对于电弧传感测量熔深,由于采用焊接过程自身传感器测量熔深具有一定的优
势,但由于受焊接过程非线性、强耦合、时变和不确定、多因素特点影响,在
精度上存在一定的缺陷。基于超声技术的焊接熔深检测方法,通过利用超声技
术检测熔深界面的反射信息,直接获得熔深深度,由于处理数据量较少(只处
理界面反射信号峰值和声速信息),且不受焊接过程弧光、非线性、强耦合等
因素的影响,因此,具有巨大的优势和重要的研究价值。国外上世纪八十至九
十年代曾进行了这方面的初步研究,获得了一定的研究成果。但由于受超声技
术和信号处理技术以及硬件速度的限制,使得测试精度和实时性还有待提高。
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总的来说,近几年来世界各国对熔深检测的研究和开发主要集中在焊缝
熔深检测传感器的研制方面,包括电弧传感器、视觉传感器、温度传感器、拾
音传感器和超声波传感器等。超声波传感器作为外部传感器直接测量熔透深
度,具有不受焊接过程自身的非线性、强耦合等复杂因素影响的特点(不象电
弧传感器受焊接过程自身影响较大),并且直接测量熔透深度,快捷迅速,随
着超声技术和信号处理技术的发展,必将凸显她的优