基于超聲技術(shù)的焊接熔深測試研究可行性研究報告

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1、基于超聲技術(shù)的焊接熔深測試研究可行性研究報告一、選題的必要性1、項目所處技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)政策；項目所處技術(shù)領(lǐng)域為材料加工工程領(lǐng)域，目前江西省正大力發(fā)展制造業(yè)信息化、自動化，提升技術(shù)含量，同時提倡加強勞動保護，改善工人勞動條件。具體來說，項目的研究內(nèi)容與材料加工工程中的焊接加工密切相關(guān)。眾所周知，焊接弧光輻射會傷害眼睛，手工焊接勞動強度極大，對于重要件的焊接，也很難保證焊接質(zhì)量?；诔暭夹g(shù)焊接熔深測試研究的內(nèi)容，對于保證焊接質(zhì)量，實現(xiàn)焊接自動化，降低工人勞動強度，改善工人勞動條件，提高生產(chǎn)效率具有重要的意義。（具體立項必要性和項目意義可參見項目申報書立項依據(jù)內(nèi)容）2、項目所處技術(shù)領(lǐng)域技

2、術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；（1）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢熔深檢測與控制技術(shù)是保證焊接質(zhì)量與實現(xiàn)焊接自動化的關(guān)鍵因素，是焊接自動化和焊接機器人研究發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，各工業(yè)發(fā)達國家給予了高度的重視，國內(nèi)外對此都開展了大量的研究。27清華大學潘際鑾院士采用線性電荷耦合器件（CCD）及光纖從焊縫背面檢測熔透度信息，繼而又采用面陣CCD創(chuàng)造了比色求溫度場的方法，通過實時檢測溫度場達到了閉環(huán)控制焊接熔透的目的。南昌大學張華教授通過ICCD實測焊接工件背面溫度廠熱圖像，發(fā)展了焊縫偏差和熔深識別集成智能控制系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學陳善本教授和吳林教授等采用CCD攝取熔池圖象信息，通過自學習模糊神經(jīng)網(wǎng)絡，對脈沖鎢極氣

3、體保護電弧焊（GTAW）的熔池尺寸（主要為熔寬）進行控制，試驗表明該方法有效地提高了焊縫成形質(zhì)量。華南理工大學黃石生教授通過建立焊縫質(zhì)量神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)學模型實現(xiàn)了熔池尺寸的控制和熔深的檢測。荷蘭的AENDENROOMERA.J.R.等人利用附加脈沖電流引起熔池振蕩，研究了振蕩頻率峰值與焊縫熔透程度即熔深之間的關(guān)系，找出了未熔透、全熔透和過熔透狀態(tài)與熔池振蕩頻率之間的內(nèi)在規(guī)律，實現(xiàn)了脈沖GTAW的熔深監(jiān)控。美國的LANKALAPALLIK.采用紅外敏感元件對焊接溫度場進行檢測，并建立了焊接過程的動、靜態(tài)模型，構(gòu)成了一個激光焊閉環(huán)熔深估計器，為熔深自動控制提供了一種新的方法。美國的CHRI

4、SSTNERB.K.設計了一種自適應控制方法，通過調(diào)整電弧電壓實現(xiàn)了鎢極氬弧焊（TIG焊）熔深的在線控制。上海交通大學的齊志揚教授針對熔透控制這類大時滯系統(tǒng)，研究了一種動態(tài)矩陣控制法，并應用其預測性進行熔深控制，克服了熔深傳統(tǒng)比例積分微分（PID）控制方法易引起系統(tǒng)振蕩的缺點。27上海交通大學何德孚教授對焊接熔池振蕩檢測及焊縫成形的自適應控制進行了研究。另外，還有利用熔池穿透時電弧的聲頻訊號進行熔深檢測的聲電法，利用在等離子弧焊、埋弧焊以及MAG焊圖挨肩下利用穿透熔池時的電弧的導電性的弧焰接觸導電法，聲發(fā)射法和基于電弧參數(shù)、坡口尺寸的前饋控制法以及紅外檢測法等。上述方法均為焊縫熔深

5、控制提供了有力的工具，由于焊縫熔深難以在實時條件下直接檢測，因此這些方法基本上都是通過對相關(guān)量的間接檢測而實現(xiàn)的。而焊接過程是一個典型的非線性、強耦合、時變和不確定的多變量復雜系統(tǒng)，這給焊縫熔深特征信息的實時提取帶來了一定的困難。對于焊接溫度場方法測量熔深，如果采用光纖傳感器需要事先埋入光纖，成本較高，對于焊接自動化過程很難具備通用性；如果采用紅外傳感方法，通過溫度場分析來測量熔深，給測量實時性和精度的提高增加了困難。對于視覺方法測量熔深，由于焊接弧光干擾，以及圖像處理數(shù)據(jù)量較大，同樣難以提高測量實時性和測量精度。對于電弧傳感測量熔深，由于采用焊接過程自身傳感器測量熔深具有一定的優(yōu)

6、勢，但由于受焊接過程非線性、強耦合、時變和不確定、多因素特點影響，在精度上存在一定的缺陷?；诔暭夹g(shù)的焊接熔深檢測方法，通過利用超聲技術(shù)檢測熔深界面的反射信息，直接獲得熔深深度，由于處理數(shù)據(jù)量較少（只處理界面反射信號峰值和聲速信息），且不受焊接過程弧光、非線性、強耦合等因素的影響，因此，具有巨大27的優(yōu)勢和重要的研究價值。國外上世紀八十至九十年代曾進行了這方面的初步研究，獲得了一定的研究成果。但由于受超聲技術(shù)和信號處理技術(shù)以及硬件速度的限制，使得測試精度和實時性還有待提高?？偟膩碚f，近幾年來世界各國對熔深檢測的研究和開發(fā)主要集中在焊縫熔深檢測傳感器的研制方面，包括電弧傳感器、視覺

7、傳感器、溫度傳感器、拾音傳感器和超聲波傳感器等。超聲波傳感器作為外部傳感器直接測量熔透深度，具有不受焊接過程自身的非線性、強耦合等復雜因素影響的特點（不象電弧傳感器受焊接過程自身影響較大），并且直接測量熔透深度，快捷迅速，隨著超聲技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，必將凸顯她的優(yōu)勢（2）應用前景本研究的成果可以應用于焊接過程熔深檢測和焊接質(zhì)量實時控制，對于焊接自動化技術(shù)和焊接質(zhì)量控制技術(shù)具有重要的意義。（1）焊縫熔深超聲實時檢測模型的建立，可以直接應用于焊接熔深測試和焊接質(zhì)量控