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目录

1. 第一篇焊接检测论文范文参考：大功率激光焊接过程状态复合驱动在线检测方法研究
2. 第二篇焊接检测论文样文：搅拌摩擦焊接过程的多场检测及耦合关键问题研究
3. 第三篇焊接检测论文范文模板：基于传声器阵列的激光焊接过程质量检测理论与方法
4. 第四篇焊接检测论文范例：金属焊接残余应力的激光超声无损检测研究
5. 第五篇焊接检测论文范文格式：基于视觉及电弧传感技术的机器人GTAW三维焊缝实时跟踪控制技术研究

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第一篇焊接检测论文范文参考：大功率激光焊接过程状态复合驱动在线检测方法研究

近年来,随着大功率固态激光器的飞速发展,激光焊接逐渐取代传统焊接工艺,成为高质量、高效率焊接的关键技术.特别是厚板材料焊接领域,激光焊接技术具有无可替代的优势,如熔深大、热变形小、深宽比大等.由于激光焊接过程剧烈的热能转换效应,对工艺参数及工件固定的精度要求极高,细微的变化即可导致严重的焊接缺陷.因此随着激光焊接技术在各个行业的全面普及,对其加工过程的质量监控显得尤为重要.针对激光焊接过程复杂的非线性多态耦合变化特征,构建多传感器检测试验平台,对焊接过程状态进行表征分析,明确典型缺陷状态下不同特征参数间的相互作用规律,探索基于多传感器信息融合的数据驱动检测方法.

论文综合比较了现有检测方法的优缺点,结合工业现场实际,重点研究光电传感检测技术、视觉成像检测技术及光谱分析技术在激光焊接检测领域的有效融合.针对多传感器信息融合检测技术,先后设计并搭建了：激光焊接不锈钢单信号检测平台(第二章)、激光焊接不锈钢2信号同步检测平台(第二章)、扫描激光焊接不锈钢4信号同步检测平台(第三章)、激光焊接高强钢3信号同步检测平台(第四章)和激光焊接不锈钢6信号同步检测平台(第五章、第六章).所使用的传感器包括可见光感应光电传感器、激光反射感应光电传感器、光谱分析仪、近红外成像高速摄像机、可视域成像高速摄像机、辅助光成像高速摄像机、X射线成像高速摄像机.

首先,对单一传感器在激光焊接领域的检测功能进行初步尝试,分别研究光电传感器、近红外视觉传感器及可视域视觉传感器在光辐射特性、焊缝位置偏离及熔池表面缺陷检测领域的应用.结果表明,光辐射信号的中频分量和高频分量对焊接工艺参数(激光功率、焊接速度、聚焦位置)的变化较为敏感.近红外热像的差分运算可以为焊缝偏差自适应卡尔曼滤波预测提供可靠的位置参数,反馈型神经网络能有效补偿滤波算法的整体误差.延迟识别算法可准确提取熔池表面金属蒸汽及飞溅的特征,为激光焊接过程缺陷判定提供有效的参考依据.

其次,分别利用信号驱动检测及经验驱动检测实现多传感器信息的有效融合.在信号层面,试验研究发现光电传感器的时域信号可有效检测熔深的变化.而光电传感器和视觉传感器采集信号的低频分量相关性可用以判断全熔透状态下的匙孔开闭状态.并且通过试验证明融合信号的低频分量正相关性与焊接不稳定状态存在显著关联.在经验层面,通过增加传感器的个数,对光强辐射、匙孔、熔池及金属蒸汽等多个特征的提取,可以明显提高支持向量机训练模型的分类精度,实现对于熔池表面不同塌陷程度的准确识别.

最后,通过6信号同步检测试验系统,实现对激光焊接过程的多态参数准确测量,明确了匙孔内部聚焦能量密度对典型缺陷状态的影响规律,及各状态间转换过程的参数非线性特征.此外,相关性分析研究结果表明,光学传感器测量参数与体现焊接状态的物理几何参数密切相关.基于以上成果,研究基于模型、信号及经验的复合驱动焊接状态检测技术,利用低成本工业级传感器替代高成本试验级传感器,实现激光焊接状态参数的准确预测及焊后缺陷的有效识别.构建多输入多输出非线性模型,以高速视觉成像测量到的匙孔几何形态参数作为焊接过程模型的辨识依据.将光电传感器及分光仪采集的高频信号作为信号驱动的输入变量,利用小波包分解技术进行信号多尺度时频分析,并结合非线性模型输出的特征向量构成特征选择的输入参照.形成具有向量独立性的低维特征空间,用以经验驱动环节的特征输入.经验驱动环节的输出则以高速视觉成像测量到的飞溅及熔深特征为状态预测的依据,而焊后的焊缝表面质量则作为缺陷诊断的依据.

试验结果表明,所设计的复合驱动检测技术,在模型辨识及训练完成后,只需工业级传感器(光电传感器及分光仪)即可在较少的主成分条件下实现较高的预测及分类精度.该研究成果为激光焊接过程状态的完整检测提供了新的理论方法及可靠的验证依据.

第二篇焊接检测论文样文：搅拌摩擦焊接过程的多场检测及耦合关键问题研究

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,以下简称FSW)是英国焊接研究所(TWI)发明的一种新兴的固态连接方法,因其具有在固态下完成焊接,不需要填充材料,无污染,易实现自动化,避免了熔焊时的常见缺陷的特点.并被美誉为绿色焊接技术,所以它一经问世,就倍受材料加工界的青睐,正在被广泛应用于航空航天、铁路交通、轮船制造、工业难焊有色金属材料的连接上,具有广阔的市场应用前景,已发展成为在铝合金等轻金属结构制造中可以替代熔焊技术的实用的工业化固相连接技术.搅拌摩擦焊接成型过程是一个受多参数影响的,温度变化、组织结构转变、应力应变和金属流动等多因素互相作用的复杂过程.温度场、变形场、作用力是搅拌摩擦焊成形过程的主要组成部分,这三场之间存在高度非线性的复杂耦合作用,即三者(THM)耦合作用.从实验研究角度出发结合有限元数值模拟,分别考察三场的演化规律及相互影响关系,得到与实际结果接近的温度场分布和焊缝区塑性金属流动模式及焊接过程中的三维动态压力场,对于搞清搅拌摩擦焊成型机理具有重要意义,为搅拌摩擦焊技术在更多材料更广领域内的应用奠定了基础.

本文以搅拌摩擦焊成型过程为研究对象,采用实验研究与数值模拟相结合的方法,系统深入地研究了温度场,变形场和作用力的演化规律及工艺参数对三维作用场的影响,并通过高温拉伸实验、摩擦实验、高温剪切强度实验和热力同时测量实验探讨了三维作用场的相互作用和耦合过程.本文的主要工作如下:

1.对搅拌摩擦焊接过程三维动态温度场进行了实时检测和模拟,研究了焊接参数对温度场影响的规律:前进侧温度低于返回侧,摩擦头前方、越靠近摩擦头的地方温度变化梯度越大,而后方温度变化则较为缓慢,同时发现薄板与厚板温度场的分布存在很大区别:沿厚度方向薄板温度分布呈无底的碗状,厚板呈花瓶状.

2.针对搅拌摩擦焊焊核区塑性金属的流动,利用示踪粒子能谱扫描的方法和嵌入标示材料低倍流线观测的方法,实现了对塑性金属材料在焊核区动态快速的流变复杂过程的表征.结合实验中的观测到的现象,选用k-ε紊流计算模型,利用Fluent流体力学仿真软件,初步实现了搅拌摩擦焊焊核区金属流动过程的数值模拟,并利用切片法得到了不同深度材料的流动状态.研究结果发现:前进侧金属流动更多表现出剪切特性,而返回侧金属塑性变形较大,发生了较充分的流动,转速对金属流动影响最大,随着转速的增加金属流动增强,但太大的转速,却会出现孔洞型缺陷,主要是因为前进侧金属剪切层较多,返回侧金属来不及补充所致,同时发现焊接过程塑性金属流动最有利于焊接成型时会出现洋葱圆环状组织.

3.针对搅拌摩擦焊作为一种固态焊接技术,压力对成型起到至关重要的作用,特别设计了三维动态压力测量装置,实现了前进力、侧向力和轴向力的动态测量,并利用Deform仿真软件实现了动态应力场的数值模拟.发现:侧向力只在摩擦头下压阶段出现,轴向力是焊缝成型最关键的因素,并且下压量对轴向力的影响最大.焊接所需能量在转速一定时随焊速的增加而增加.但在焊速一定时,却出现特殊情况,焊接所需能量则随着转速的增加先大后小.利用直接检测法却出现了和电测法中不同的现象:轴向力随转速增加呈单调下降趋势,焊速对轴向力的影响不大.这说明了焊接能量不仅通过轴向力摩擦做功,其周向的剪切力作功也占很大比重.

4.针对搅拌摩擦焊是多物理场共同作用、相互耦合的复杂过程,针对其单物理场研究和模拟与实际结果差别较大的情况,找到了三场之间建立联系的关键途径,初步实现了基于耦合关系的搅拌摩擦焊接动态过程数值模拟.其中通过对温度与材料摩擦系数间关系的确定,建立热力间联系,通过考虑温度效应的材料流变方程的确立,建立热流间联系,通过高温剪切强度的研究,建立力流间联系.

5.研究了搅拌摩擦焊接过程中的常见缺陷,并利用基于耦合理论的数值模拟方法,成功预测了焊接缺陷,并分析了原因.

6.利用正交实验法,实时检测了大量轴向力数据,通过对这些数据的线性回归分析,利用最小二乘法建立了轴向力预测模型.

第三篇焊接检测论文范文模板：基于传声器阵列的激光焊接过程质量检测理论与方法

鉴于声信号是激光焊接过程质量检测的相关性较强的参数,其带有大量激光焊接过程信息,如焊接熔体金属、熔池小孔、金属蒸汽和等离子体的变化情况,且具有响应速度快、非接触测量的特点,非常适合作为激光焊接过程质量检测参量.但由于声信号极易受到环境噪声的干扰,因此它在激光焊接过程质量检测中的应用受到一定的限制.近期的研究发现,传感器阵列技术与信号处理方法能够消除环境噪声、提取特征信号,同时可以实现声源定位、跟踪,这就为激光焊接过程质量检测提供了新的途径和方法.

本文主要基于声信号,对激光焊接过程质量检测进行研究.采用新的信号处理技术—盲信号分离算法,实现激光焊过程声信号的降噪、激光特征声信号的提取；以及基于传声器阵列技术—波束形成算法,对激光焊接过程中的声源进行定位与跟踪.

本文首先深入研究了熔池小孔和熔体金属以及气流喷射两大声源,建立了基于热传导和流体动力学理论的熔池小孔和熔体金属模型；同时以有限元声学软件为基础,通过数值计算,得到激光焊接过程中辐射声场的分布情况.

在激光声源发声机理的研究基础上,采用实验方法,研究了不同焊接工艺参数与激光声信号的关系,建立了激光焊过程标准声信号库.

研究了盲信号分离算法,根据选定的优化准则和合适的对比函数,实现了对声信号的降噪、激光焊过程特征声信号的提取.同时,采用基于传声器阵列技术的波束形成算法,根据传声器阵列接收声波的时间差和位置差,实现了激光焊过程声源的定位与跟踪.

最后,本文从试验的角度研究了传声器阵列技术在400W小功率脉冲激光器、2kW中功率固体连续激光器和12kW大功率CO_2激光器中的应用.试验结果得到：盲信号分离算法对声信号的降噪和特征信号的提取,以及Beamforming对于激光焊接过程声源的定位与跟踪上,效果较好.而且,计算所得到的结果与试验的结果相符,这为激光焊接过程质量检测技术在实际工程中的应用提供了解决方案.

第四篇焊接检测论文范例：金属焊接残余应力的激光超声无损检测研究

本文利用精确测量多种模态的超声*速来测定金属材料的二阶和三阶弹性常数,并从数值模拟和实验两方面研究了金属焊接的残余应力分布.

首先,采用有限元方法模拟金属融化焊接和焊接接头冷却成型的过程.建立移动高斯热源对金属板进行焊接的三维模型,在计算焊接和冷却过程中温度场的基础上,采用生死单元法模拟了熔池单元从融化到冷却的相变过程,重点分析了焊接之后母材各位置的残余应力分布.

针对金属焊接结构,建立了激光声表面*速的测试系统.该系统利用短脉冲激光器在被测样品表面激发出高频超声表面波,利用自行研制的点接触式PZT传感器接收超声表面波.系统采用激发源和被测样品二维平移方式,实现样品焊缝区的二维扫描,通过波形相关算法精确计算各位置的波速值,并得到焊缝附近区域内的声表面波速度分布.

设计了适用于金属材料二阶弹性常数的激光超声测量系统.该系统能探测激光线源在铝合金样品上激发的表面波、横波和纵波信号.利用扫描激光源法和波形相关技术精确计算声表面波的传播速度,并用时间飞行法计算了经样品底面反射的横波和纵波的传播速度.进而根据波速与二阶弹性常数的关系计算金属材料的二阶弹性常数.

针对各向同性的金属材料,采用线性热膨胀引起材料等效微应变的静水压力法测定其三阶弹性常数.通过水浴加热法使金属样品处于静水压力下,采用上述实验系统精确测量了激光在金属上激发的纵波、横波和表面*速；并对材料进行应力-应变测试,得到其线性热膨胀系数.进而根据声表面波方程和等效弹性常数与各波速的关系计算金属材料的三阶弹性常数.

在测得的金属焊接区域的声表面*速分布、二阶弹性常数、三阶弹性常数的基础上,结合单轴应力条件下的声弹性方程,计算金属焊接残余应力的分布,并验证数值模拟结果.

本文的研究结果将对金属焊接残余应力的激光超声检测提供理论和实验依据,也有助于激光超声无损检测技术进一步发展和应用.

第五篇焊接检测论文范文格式：基于视觉及电弧传感技术的机器人GTAW三维焊缝实时跟踪控制技术研究

机器人焊接自动化是焊接技术发展的一个趋势,目前,国内外大部分实际焊接生产使用的机器人总的来说还是属于第一代或者准二代的“示教-再现”型机器人.这种类型的机器人对于焊接环境的一致性要求异常严格,其焊接路径和相关工艺参数都是需要预先设置的.但是在实际的焊接中常常因为存在变形、变散热、变间隙、变错边、工件加工误差和装配误差等因素造成焊缝位置和尺寸的变化,导致焊缝和示教轨迹有偏差,由于“示教-再现”型机器人对示教轨迹偏差没有适应性,不具备焊缝实时跟踪控制功能,从而最终影响焊缝成形的质量,难以满足企业对焊接制造高质量、高效率的要求,因此限制了它在很多领域的应用.为了克服焊接过程中这些不确定性因素对精密焊接件焊缝质量的影响,迫切需要对焊缝进行实时跟踪来调整机器人的运动轨迹,提高现行焊接机器人的适应性和智能化水平.

在实际的焊接过程中,大部分的焊接工件为空间三维焊缝.在已有的基于被动视觉的焊缝跟踪研究中,视觉系统大多只能准确地获取图像的二维信息,三维重建的方法可以计算出图像中的高度信息,但其计算的精确性和可靠性难以满足实时焊缝跟踪的要求,仅仅依靠视觉技术很难满足机器人在实际生产中对焊接高度方向上的自动跟踪控制要求.在利用视觉传感技术对焊缝进行实时在线跟踪时必须利用其他方法对焊接高度进行实时跟踪控制.本文根据铝合金脉冲GTAW的焊接特点,利用基于视觉及电弧传感的复合传感技术对焊缝进行左右和高度进行纠偏,实现机器人GTAW过程的三维焊缝实时跟踪控制,这对将传统的“示教-再现”型机器人开发成具有一定自主功能的焊接机器人系统,不断扩大机器人焊接自动化技术在国防、航空、化工及电子等部门的应用范围具有重要的理论意义和工程实用价值.

利用视觉和电弧传感技术来对机器人GTAW过程三维焊缝进行实时跟踪控制要解决三个主要问题,一个是准确地获取焊缝的三维信息,这是进行实时焊缝跟踪的前提.另外一个问题是必须找到合适的三维信息处理算法,提取出三维焊缝信息的特征值.最后必须设计合理的焊缝跟踪控制器,使其能够满足机器人GTAW过程对焊缝实时跟踪控制要求.

本文首先研究开发了一套基于视觉及电弧传感技术的机器人三维焊缝跟踪系统,具体包括焊接平台的搭建、视觉及电弧传感器的设计加工、焊接系统的标定、系统控制软件的设计以及焊接工装夹具的设计等.

要对焊缝进行准确的实时跟踪,首先需要获得描述焊缝焊接过程状态中的准确信息.通过对铝合金GTAW焊接实际电弧光谱的分析,自主研制了一套多功能被动视觉传感器.通过分析减光滤光片、电流基值以及采像时刻等参数对获取焊接图像的影响,在仅依靠焊接过程电弧光照明的情况下,实现了铝合金脉冲GTAW过程实时焊接图像清晰地获取.针对已有焊接图像边缘检测方法的不足,提出了一种改进的Canny边缘检测算法,有效改善了不同焊接图像边缘的提取效果,提高了边缘检测的准确性和自适应性.在分析焊接图像特点的基础上,开发了一套完整的图像处理算法.通过焊接实验验证,其焊接图像处理精度可以控制在±,0.169mm以内,其精度能很好地满足了机器人GTAW过程实时图像处理的需求.

根据铝合金脉冲GTAW的焊接特点,利用电弧传感器对电弧电压信号进行了有效地采集,并对弧压信号特点进行了仔细分析,提出了一种基于小波包的防脉冲干扰滑动均值去噪处理方法,能有效地去除电弧电压信号中含有的大量脉冲干扰和随机非平稳噪声.在此基础上,准确地提取出了弧压信号的特征值,其处理精度能达到0.273mm.建立了电弧电压和弧长的关系模型U等于3.108h+21.472,并对模型精度进行了实验验证.实验表明,根据弧压与弧长关系模型计算出的弧长与实际焊接弧长有很好的匹配,其最小误差约为0.218mm,其精度完全能够满足后续的机器人焊接高度实时跟踪控制的要求.

通过分析“示教－再现”型焊接机器人的纠偏原理和实时焊缝跟踪控制的特点,设计了基于模糊切换的Fuzzy-PID双模复合控制器来对三维焊缝进行跟踪控制.针对不同的焊缝偏差,利用模糊逻辑规则,实现了Fuzzy控制器和PID控制器的无扰切换,最大限度地保证了焊接过程焊缝跟踪的实时性,稳定性和抗干扰性.通过仿真实验表明,基于模糊切换的Fuzzy-PID双模复合控制器具有可靠性好,抗干扰能力强,跟踪能力好的特点,能很好地满足机器人实时焊缝跟踪的要求.

最后,利用本文开发的三维焊缝跟踪焊接系统对多种不同三维曲线焊缝进行了跟踪控制实验,实验结果表明,其左右最大跟踪偏差可以控制在±,0.3mm范围之内,高度跟踪误差可以控制在±,0.4mm范围内,基本能够满足机器人实际焊接生产的要求.

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