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焊接电弧信号的分析与处理

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:焊接过程中电弧电压和电流直接影响电弧稳定性、热传输特性、熔池几何形状等,同时焊接过程将产生声、光、磁、热等信号。这一阶段的研究主要集中在分析电弧信号与焊接物理现象的关系或直接通过电弧信号对焊接过程进行监控,但没有通过电弧信号的采集进行深入分析提取焊接质量信息。由于影响焊接质量的因素的不确定性、非线性相互耦合,实际监测得到的电弧信号属于非平稳信号。

焊接电弧信号的分析与处理

利用电弧信号获取焊接质量信息实现焊接质量的监控是保证焊接质量的重要方法,也是焊接质量监控研究的热点技术。焊接过程中电弧电压和电流直接影响电弧稳定性、热传输特性、熔池几何形状等,同时焊接过程将产生声、光、磁、热等信号。这些信号与焊接参数有密切关系,是不同焊接状态下的产物,并间接反映了焊接稳定性与焊接质量。国内外专家学者利用电弧信号在焊接质量的在线监测与控制方面做了大量的工作。20世纪80年代至90年代,Shea[24]、Arata Yoshiaki[25,26]、Saini[27]、Johnson[28]、Quinn[29]等利用熔化极气体保护焊电弧的光谱信号、声信号、电弧电流和电压,分析焊接过程各种物理和化学变化、进行焊接熔滴过渡、导电嘴的磨损情况监控等。这一阶段的研究主要集中在分析电弧信号与焊接物理现象的关系或直接通过电弧信号对焊接过程进行监控,但没有通过电弧信号的采集进行深入分析提取焊接质量信息。电弧信号中焊接电压及电流物理意义较明确,采集方便,具有周期短、频率高、信号频率幅值变化剧烈等特点,且与电弧稳定性、熔滴过渡以及焊接质量直接相关,因此成为焊接过程质量监控最常用的源信号。20世纪90年代末,YCho[30]、区智明[31]、曾安[32]、俞建荣[33]等从实时采集电阻焊、熔化极气体保护焊焊接电流、电压信号中,研究了动态电阻、电流、电压的统计参数概率等对焊接过程燃弧电弧稳定性和焊接质量的影响关系,为焊接过程质量的评判、监控提供了依据。这个阶段的研究均以焊接电压与电流作为信息源进行焊接质量监测,其中分析方法以信号时域特征的统计分析为主,即通过时域内的统计学特征进行焊接过程稳定性或焊接质量的监测。由于影响焊接质量的因素的不确定性、非线性相互耦合,实际监测得到的电弧信号属于非平稳信号。目前有关于电弧信号小波分析的报道[34-39],这方面的报道主要集中在电弧信号消噪处理和奇异点监测。也有学者将时频分析方法引入到电弧信号分析与处理,对电弧信号分析提取电弧特征信息,实现对焊接过程稳定性、焊接质量的评定,常用的时频分析方法有窗口傅里叶变换(Gabor变换)、连续小波变换、Wigner-Ville分布、HHT和LMD[40-45]。(www.xing528.com)

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