一、焊接电弧光谱信息的基本理论和基本方法（论文文献综述）
王学龙[1]（2021）在《基于标准温度法的变极性等离子弧焊电弧温度场研究》文中提出变极性等离子弧（Variable polarity plasma arc,VPPA）焊由于电弧能量集中并且具有阴极清理作用在厚板铝合金的焊接中被广泛使用。焊接电弧作为电能向热能转换的载体,其内部具有丰富的特征信息。本文以等离子电弧为研究对象,根据电弧等离子体光谱诊断理论,利用标准温度法对等离子电弧稳态以及瞬态电弧温度分布进行研究,获取电弧能量传输过程深层次信息,为改善焊接质量、提高生产效率提供了理论基础。建立了基于光谱仪以及高速摄像加窄带滤波片的电弧光谱采集系统。对稳态等离子电弧诊断,在相同条件下分别采用光谱仪和高速摄像加窄带滤波片的电弧光谱采集系统得到的电弧温度分布具有良好的一致性。而对于随时间周期性变化的变极性等离子弧,使用光谱仪将无法满足其对时间分辨率的要求。因此,本文采用具有高时间分辨率和空间分辨率的高速摄像采集方式获取等离子电弧瞬态完整空间信息。选用Ar I794.8nm为特征谱线,采用Abel逆变换对经预处理的谱线强度进行发射系数恢复,获得了直流等离子电弧的温度分布。焊接电流从90A增大到150A,高温区面积逐渐增大并向阳极移动,电弧最高温度从18300K增大到19800K。随弧长的增加电弧热收缩效应加强,弧柱区随弧长增加弧柱直径减小,温度梯度增加,而弧长变化对电弧阴极区和阳极区温度以及电弧最高温度的影响有限。电弧形态会受到离子气流量的影响,气流量从2L/min增大到6.5L/min,电弧最高温度逐渐升高,当气流量增加到8L/min时,由于气流量过大影响电弧稳定性,电弧温度场的高温区域减小。在直流等离子电弧温度场的基础上进一步研究变极性等离子电弧。电源极性转变期间电弧温度相比于直流等离子电弧发生显着变化。正、反极性电流均为150A时电弧最高温度分别为19500K和16170K,正极性、反极性过渡时刻电弧的温度滞后于电流的变化,完成极性转变需1-2ms。工件为阳极时,电流下降沿在近“零”处的等离子体温度较上升沿略低。研究正反极性电流占比与时间占比变化时的电弧能量。当正反极性电流占比从0增加到20时,电弧阳极区最高温度从16170K增加到了16939K,进一步增加正反极性电流占比,阳极区最高温度增加程度有限;正反极性时间占比对反极性电弧能量有显着影响,电弧由温度较高的正极性向温度较低的反极性转变时存在明显的热惯性,反极性电弧需要一定时间才能达到稳定的铝阴极电弧温度,正反极性时间占比增加到-2后电弧能量将不会持续降低。
薛旭普[2]（2021）在《活性剂在铝合金PPCA-TIG交流电弧中的过渡行为》文中认为A-TIG焊（Act ivating TIG welding）是一种既能保证焊接质量,又能显着增加熔深的高效焊接方法,但需人工涂敷活性剂,难以保证涂敷质量,且不利于自动化,且对于铝合金,以往通过活性气体引入O的焊接方法并不适合这类金属的焊接。针对上述问题,本课题组提出粉末熔池耦合活性TIG焊（PPCA-TIG焊,Powder Pool Coupled Activating TIG welding）,通过选择不同的活性剂粉末,可实现对各类金属的焊接,且利于机械化自动化生产。本文针对3003铝合金采用交流PPCA-TIG焊,在工艺研究的基础上,利用静电探针粉末捕捉技术结合SE M/ED S和热力学计算分析了活性剂在电弧中的过渡行为,并利用静电探针和光谱研究了活性剂过渡行为对电弧的影响规律和机理。这对于增强人们对活性剂粉末与交流PPCA-TIG电弧之间的相互作用及交流电弧周期性演化过程的认识,推动这种新型交流活性焊接方法及装备的开发,实现铝镁等活性金属的自动化、高熔深、低成本和绿色焊接,具有重要意义。当焊接电流为160 A,焊接速度为100 mm·min-1,弧长为3 mm,内层气体流量为12 L·min-1,外层气体流量为8 L·min-1,电机转速为30 r·min-1,活性剂采用SiO2,活性剂粉末为100-200目时,PPCA-TIG焊可一次性焊透8 mm厚3003铝合金,活性剂采用MnCl2时,熔深增加能力达到传统TIG焊的2.4倍。使用MnCl2时的焊缝表面成形优于SiO2。活性剂粉末随外层气体进入电弧后,随着电弧加热时间的增加,粉末的加热、熔化、蒸发、破碎、碰撞、熔化等物理过程相继发生,并通过热力学计算印证了这一过程。由于MnCl2熔沸点和化学键能较低,在电弧中的发生物理化学变化的过程远快于SiO2。基于静电探针伏-安特性曲线的饱和离子区和过渡区分别计算了电弧温度,并与Boltzmann作图法计算所得的温度进行比较,分析了静电探针等离子体温度测量的误差来源,并且发现饱和离子区的测量模型更适合大气压下的TIG电弧等离子体温度测量。探针饱和离子区对交流TIG和PPCA-TIG电弧特性测量的试验结果表明,加入活性剂粉末后,可升高电弧中心轴向温度,SiO2使得PPCA-TIG电弧靠近钨极处温度升高1825 K,靠近母材处温度升高311 K,同时使得电弧弧根处收缩0.13mm。MnCl2使得PPCA-TIG电弧靠近钨极处温度升高1025 K,靠近板材处温度升高159K,而电弧半径变化不明显。光谱试验结果表明,活性剂粉末在电弧高温和强电场作用下发生了解离,活性剂解离后生成的气态元素促进了电弧等离子体中Ar元素和Al元素的电离,利用Boltzmann作图法对交流电弧的温度变化进行了表征,EN时段的电弧光谱强度高于EP时段,EN时段的电弧电压小于EP时段,EN时段的电弧温度低于EP时段,且加入活性剂后,使得电弧中心高于板材1 mm处,PPCA-TIG电弧温度和电弧电压在EN时段和EP时段均高于传统交流TIG电弧,PPCA-TIG-SiO2平均升高834 K,PPCA-TIG-MnCl2平均升高333 K。
席保龙[3]（2021）在《不同活性剂对TIG焊电弧熔池热物理行为的影响》文中研究表明活性钨极氩弧焊（A-TIG）是一种特殊的TIG焊接方法,该方法具有大幅增加焊缝熔深、提高生产效率、改善焊缝成形的突出优势。在工业生产中拥有广阔的应用前景,但当前对于熔深增加机理缺乏统一认识,限制了其在工业领域中的进一步应用。目前科研工作者对熔深增加机理普遍所接受的理论为:电弧收缩理论和表面张力改变理论,但研究结果却存在很大差异。电弧收缩理论主要通过电弧形态和数值模拟来研究,研究结果受实验设备和模型假设的影响,导致形成的结论差异较大;表面张力改变理论主要通过数值模拟和示踪粒子法研究,模拟结果受模型假设的影响,与实际焊接条件差距过大,示踪粒子法用于判断熔池金属的流动模式,不能获取熔池表面张力数据,导致认识不清熔池金属表面张力的变化规律;并且现有的研究没有将电弧和熔池热物理行为有机的统一起来,从而使A-TIG焊熔深增加机理尚未形成统一认识。首先搭建了电弧空域光谱、电弧形貌及电信号、熔池表面温度和熔池振荡测量系统,实现了电弧光谱、电弧形貌及电信号、熔池表面温度和激光视觉熔池振荡频率信息的采集,研究了不同活性剂对TIG焊电弧和熔池热物理行为的影响。其次利用电弧空域光谱和电弧形貌及电信号采集系统,研究不同活性剂对TIG电弧空域光谱特征及电弧温度场的影响。研究结果表明:Ti O2并不会对TIG焊电弧行为和电弧温度场产生明显的影响;B2O3、Si O2焊接时能够进入电弧空间,并引起电弧电压升高和电弧收缩现象;B2O3、Si O2引起的电弧收缩对整个电弧电子温度场的影响不大。氯化物活性粒子（NaⅡ）布满电弧空间;使电弧形貌发生收缩,电弧电压升高;电弧收缩引起电弧温度场集中,使阴极区附近、弧柱区附近及阳极区附近的电弧电子温度大幅上升。氟化物活性粒子（AlⅠ、MgⅡ、CaⅡ）布满整个电弧空间,电弧电压均升高,但未使电弧形貌发生收缩现象;氟化物活性剂均增加电弧阳极区附近的电弧电子温度,温度增加的幅度与活性剂在熔池表面的热解离及带电粒子复合时释放的电离能有关。第三利用红外测温系统,研究不同活性剂对TIG焊熔池表面温度的影响。研究结果表明:氧化物活性剂均使熔池表面整体温度发生下降;B2O3和Si O2作用下的熔池表面温度梯度明显减小,Ti O2作用下的温度梯度略有增加,对熔池表面温度场的影响较大。Na Cl活性剂使熔池表面整体温度发生略微下降;Na Cl作用下的熔池表面温度梯度基本无变化,对熔池表面温度场的影响较小。碱金属氟化物（Na3Al F6）活性剂使熔池表面整体温度和温度梯度都明显减小;碱土金属氟化物（Mg F2、Ca F2）活性剂使熔池表面整体温度和温度梯度增加,对熔池温度场存在一定影响。最后利用熔池振荡原理建立的表面张力测量系统,研究不同活性剂对TIG焊熔池表面张力及熔深增加机理的影响。研究结果表明:氧化物活性剂使不锈钢TIG焊熔池平均表面张力温度梯度系数由负变正;氯化物活性剂未改变熔池平均表面张力温度梯度系数;氟化物活性剂能够使熔池平均表面张力温度梯度系数存在两种状态,当熔池表面平均温度较低时,熔池平均表面张力温度梯度系数为负,当熔池表面平均温度较高时,熔池平均表面张力温度梯度系数为正。结合电弧温度场变化特征、熔池表面温度场变化特征,发现三种不同类型活性剂对熔深增加的机理各不相同:氧化物活性剂增加熔深的主要原因是熔池表面张力温度梯度的改变;氯化物活性剂增加熔深的主要原因是电弧收缩;氟化物活性剂增加熔深的主要原因是氟化物活性剂能够引起电弧和熔池温度升高,降低熔池表面张力绝对值,促使熔池金属流速增加,而不是电弧收缩。
汪继宗[4]（2020）在《高压熔化极气体保护焊电弧电离度测试及分析》文中提出随着我国海洋开发的快速发展,针对船舶、海洋油气平台、海底输油输气管道等水下设备的维修问题日益凸显。水下焊接维修技术是水下设备结构应急维修快速、可靠的方法,其中水下高压干式GMAW焊接技术因其焊接质量好、适用水深范围广,成为水下焊接维修技术的优选方法。在水下焊接过程中,随着环境压力增加（水深增加）,焊接电弧收缩,并逐步导致焊接过程趋于不稳定,导致焊接质量下降,这种因环境压力升高造成的电弧收缩问题尚未获得很好的解释。为此,课题采用焊接电弧电离度的表征方法,通过测试电弧的电离度分布试图揭示高压电弧不稳定的内在机理,为探索提高高压GMAW的焊接质量提供基础数据。以高压GMAW电弧为研究对象,建立了一套基于光谱仪的电弧光谱测量系统,采用光谱仪对GMAW电弧空间各点的光谱信息进行采集,使用Boltzmann作图法测量电弧温度,使用Saha热电离公式计算电弧电离度。在高压环境下,对GMAW电弧各高度上径向各点的温度、电离度进行计算分析,找到了电弧温度、电弧电离度在电弧空间内的分布规律。根据测量结果,分析了不同压力环境下电弧电离度的变化规律。研究结果表明:相同压力环境下,GMAW电弧同一高度上,等离子体轴线处的温度和电离度最高,靠近电弧边缘的温度和电离度较低;在轴向方向上,靠近电弧等离子体上端的温度和电离度较高,靠近工件表面的温度和电离度较低。对不同环境压力下,GMAW电弧的温度、电离度的变化规律进行研究,发现随着环境压力（0.1MPa---0.5MPa范围内）的增大,GMAW电弧温度有一定程度的升高,电离度下降幅度明显,说明高压环境下,电弧电离的难度变大,GMAW电弧空间中起导电作用的带电粒子占比减小,这时维持GMAW电弧稳定燃烧的难度增大,电弧稳定性逐步下降。所以从电离度角度很好地解释了高压GMAW电弧随环境压力增高,其电弧稳定性逐步降低的原因。综上所述,通过光谱法对压力环境下GMAW电弧温度和电离度的分布规律进行研究,探索了高压环境下焊接电弧的电离度特性,从电弧电离度的角度阐释了高压GMAW电弧随环境压力升高而产生不稳定的因素,对理解高压GMAW焊接过程提供了新的思路,对提高高压GMAW焊接质量有明显的指导意义。
徐翔[5]（2020）在《水下湿法焊接电弧等离子体温度及其组分研究》文中研究说明水下湿法焊接技术近年来得到了越来越广泛的应用,在水中铺设管道、水下构件的修补、舰船的水下维修等都离不开水下湿法焊接技术,但水下湿法焊接工作环境复杂,焊接效果往往很不理想,很多研究都致力于从工艺方面进行改善从而提高水下湿法焊接质量,而对水下焊接的电弧的产生机理的相关研究则比较少,此外水下湿法焊接电弧等离子体组分直接影响焊接稳定性和焊接质量,但对水下湿法焊接电弧等离子体组分的相关研究一直很少,更缺乏从光谱层面对水下湿法焊接电弧等离子体组分进行诊断研究。基于此,本文利用光谱分析的方法对水下湿法焊接引弧过程的电弧等离子体温度和电子数密度进行了研究,其计算结果可以为进一步从电弧物理的角度探寻水下湿法焊接引弧过程的物理本质,引导并寻求更有效的引弧方法提供重要参考;进一步利用光谱诊断的方法,结合水下湿法焊接的电弧燃烧过程,确定了计算电弧等离子体组分所需要考虑的主要元素,在此基础上,通过牛顿迭代法求解由Saha方程、电荷准中性和方程原子守恒方程组成的方程组,计算得到各组分粒子的数密度。计算结果为从机理层面对水下湿法的电弧进行研究奠定了基础,也为进一步对水下湿法焊接电弧热力学属性及辐射属性等参数的研究提供了理论依据。主要工作如下:第一章:介绍了水下湿法焊接技术国内外研究现状及发展趋势,同时提出了本文的工作内容、研究重点及难点。第二章:介绍了计算水下湿法焊接电弧光谱诊断的理论基础,阐述了引弧过程等离子体温度及电子数密度的计算方法,介绍了电弧等离子组分的计算原理。第三章:搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断实验平台,介绍了平台的各个组成部分,重点描述了电弧光谱诊断系统工作过程。第四章:计算了不同水深条件下水下湿法焊接引弧过程电弧等离子温度及电子数密度,进行了相关分析,计算了流水条件下引弧过程电弧等离子温度及电子数密度并与静水条件进行了对比分析。第五章:在分析水下湿法焊接反应过程的基础上,结合水下湿法焊接电弧光谱诊断的信息,确定了计算中要考虑的电弧等离子组分的18种粒子,计算了各粒子的配分函数,再通过求解由沙哈方程、解离电离方程、准中性方程、气体压力平衡方程等组成的方程组,经MATLAB程序迭代求解出各个粒子的数密度,分别计算了0.3m、20m及40m水深条件下各个粒子的数密度并进行了相关分析。第六章:总结全文工作,分析不足之处,展望后续工作。
叶昕[6]（2020）在《基于光谱分析的电弧焊接在线检测与评估方法研究》文中研究表明工业生产中,电弧焊接结构作为各类机械结构的重要连接部位,焊缝质量对生产安全具有非常重要的意义。当前对焊缝质量检测的方法众多,但大多是在焊后进行的,存在效率低、成本高等不足,研究焊接过程的在线检测与评估方法对提高焊接质量检测效率和焊接在线指导有重要意义。电弧焊接过程中信号源众多,其中电弧光谱信号伴随了电弧焊接全过程,包含了整个焊接动态过程的众多重要信息,与焊缝质量紧密相关。因此,本文以电弧焊接过程中的实时光谱信号为研究对象,研究了等离子体光谱诊断和光谱数据处理方法,分析并挖掘电弧光谱信息、焊接工艺参数与焊缝质量三者之间的关系,有效实现焊接过程中的缺陷检测。具体研究内容如下:（1）基于试验探究了不同工艺参数下的电弧焊接过程及其对气孔缺陷形成的影响规律。基于由电弧焊接机器人和信号采集系统配置的焊接试验平台,改变焊接电流、保护气体流量、焊接速度等可控的工艺参数,设置对照试验,分析了不同焊接工艺参数对光谱强度、焊缝形貌的影响,以及对气孔缺陷的形成的影响。试验统计结果表明随着焊接电流的增加,气孔率下降;随着焊接速度的减小,气孔率下降。（2）提出了k-medoids聚类算法与综合相似度量相结合的方法准确获取光谱特征谱线的光谱强度。为解决因波线展宽和仪器零点漂移等导致光谱特征谱线的峰值强度不唯一,提出了基于最小生成树来描述k-medoids聚类算法对光谱数据类别划分过程,以准确获得特征谱线的光谱强度,为特征谱线的电子温度的准确计算奠定基础。为优化聚类算法对光谱数据的划分过程,构建了综合相似度量函数计算光谱数据点的距离来进一步研究光谱数据变化特点。结果表明,新的相似度量函数在661.57 nm762.24 nm波段的聚类综合评估值为0.8787,在762.64 nm941.57 nm波段的聚类综合评估值为0.868,比光谱角匹配、光谱信息散度和谱相关性三种相似度量函数聚类综合评估值高,聚类结果更好。（3）提出了基于小波包变换的特征谱线电子温度曲线的特征提取方法,实现了焊缝表面缺陷的有效表征。依据等离子体谱线的选取标准,通过聚类算法获得Ar原子的特征谱线及其光谱强度,基于波尔兹曼作图法计算获得电子温度曲线。为消除峰值电流和基值电流对电子温度曲线变化的影响,提出采用小波包变换的方法对电子温度曲线特征提取,重构后的信号各频段的幅值阈值矩阵能较好地描述焊缝的表面缺陷。（4）提出了局部线性嵌入算法,实现了非线性光谱数据降维和特征提取。研究PCA、MDS和LDA三种线性数据降维方法,数据降维处理可视化结果表明降维效果并不理想。针对线性降维方法的不足和海量冗余的非线性数据特征,提出采用局部线性嵌入算法对光谱信息特征提取,光谱特征谱线Ar I 794.81 nm、Ar I 840.83 nm的光谱强度及其强度比结合焊接电压信号可以表征气孔缺陷,为了进一步提高焊接缺陷预测率,采用基于决策树算法使得缺陷预测的正确率提高至95%。
边春红[7]（2020）在《不锈钢A-TIG焊熔池表面张力测量及熔深增加机理研究》文中研究说明活性钨极氩弧焊（A-TIG）焊作为一种新型的焊接方法,相比于传统TIG焊,能够大幅提高焊缝熔深,将其应用于不锈钢焊接中能有效减小焊接变形、热应力集中等问题,在工业生产中得到了广泛的应用。目前尚无有效的手段能够实现熔池金属表面张力的测量,电弧作用下熔池液态金属表面张力变化规律认识不清,使得A-TIG焊熔深增加机理缺乏统一的认识,尤其多组元活性剂配方的优化大多通过正交实验,存在一定的盲目性。在此背景下,本文利用熔池振荡法测量了不同组元活性剂下不锈钢A-TIG焊熔池金属表面张力数据及变化规律,对A-TIG焊熔深增加机理进行了研究。首先根据熔池振荡原理搭建了基于激光视觉法的不锈钢A-TIG焊熔池表面张力测量系统及电弧行为测试系统。其次对单组元（氧化物、氟化物、氯化物）活性剂作用下不锈钢TIG焊熔池表面张力变化规律、电弧行为进行研究。结果表明,氧化物活性剂会使熔池表面张力温度梯度由负变正,导致熔池金属马兰格尼对流模式发生变化,熔池中氧元素含量是影响熔池金属表面张力温度梯度的主要因素;SiO2、B2O3、Cr2O3会引起电弧收缩,不同活性剂引起电弧收缩的原因不同;氧化物活性剂作用下熔池表面张力温度梯度改变和电弧收缩均会引起焊缝熔深增加,但熔池表面张力温度梯度的改变占据主导地位。氯化物（NaCl）活性剂不会改变熔池表面张力温度梯度,但是会引起电弧收缩;氯化物活性剂引起焊缝熔深增加的主要原因是电弧收缩。氟化物活性剂（CaF2、MgF2、NaF、Na3AlF6）会引起熔池金属表面张力绝对值降低,熔池金属流速增加,但不同氟化物对熔池表面张力温度梯度的影响并不一致。碱土金属氟化物（CaF2、MgF2）作用下,电流较小时,熔池表面张力温度梯度为负,电流达到一定值时,熔池表面张力温度梯度由负变正;碱金属氟化物（NaF、Na3AlF6）作用下,熔池表面张力温度梯度由负变正,氟化物作用下熔池马兰戈尼对流效应明显弱于氧化物。碱土金属氟化物使电弧扩展,碱金属氟化物引起电弧收缩。氟化物引起焊缝熔深增加主要是熔池金属表面张力绝对值降低引起熔池金属流速增加造成的。最后选取三种典型的活性剂（TiO2、NaCl、CaF2）两两组合,对不同配比的二组元活性剂作用下不锈钢TIG焊熔池表面张力变化规律、电弧行为进行研究。结果表明,二组元活性剂为TiO2和CaF2时,TiO2-70%+CaF2-30%作用下,焊缝熔深最大;二组元活性剂中随着TiO2的增加,表面张力温度梯度由负变正,表面张力温度梯度系数变大;二组元活性剂中TiO2使熔池表面张力温度梯度发生变化,CaF2使熔池表面张力绝对值降低引起熔池金属流速增加,此时二组元活性剂增加熔深是熔池表面张力温度梯度改变和熔池金属流速增加共同作用的结果。二组元活性剂为TiO2和NaCl时,TiO2-70%+NaCl-30%作用下,焊缝熔深最大;二组元活性剂中随着TiO2的增加,熔池表面张力温度梯度由负变正,随着NaCl的增加,电弧宽度逐渐减小;二组元活性剂中TiO2引起熔池表面张力温度梯度变化,NaCl引起电弧收缩,此时二组元活性剂增加熔深是电弧收缩和熔池表面张力温度梯度改变共同作用的结果。二组元活性剂为CaF2和NaCl时,熔池表面张力温度梯度不会发生变化;二组元活性剂中CaF2使熔池金属流速增加,NaCl引起电弧收缩,此时二组元活性剂引起熔深增加是熔池金属流速增加和电弧收缩共同作用的结果。二组元活性剂对增加焊缝熔深有协同作用。
李刚[8]（2020）在《基于电弧光谱信息的铝合金交流GTAW氢气孔缺陷特征检测研究》文中研究表明铝合金焊接过程往往伴随着突出的氢气孔出现现象,严重影响着焊缝成形与产品性能。传统的气孔缺陷检测手段对实验设备有较高要求,且会对焊件造成不可逆的损伤。电弧光谱信号中携带了大量的能反映焊接动态过程的元素信息,从而可以与焊接氢气孔间建立起内在的联系。目前针对焊接氢气孔检测光谱研究方法的关键在于,要找到一种能够从大量光谱信息中提取有效特征且相对简单的方法。本文尝试探索出一套完整的铝合金交流GTAW焊接电弧光谱信号采集分析方法,并在此基础上实现氢气孔的在线检测。本文以铝合金交流GTAW焊接中的氢气孔缺陷检测为研究背景,在实验室原有焊接平台的基础上搭建了电弧光谱采集分析系统。为了实现对焊接电弧光谱信号的实时采集和分析,研制了基于切尔尼-特纳光路的光谱传感系统,用线阵CCD信号采集卡作为光电转换和数据存储核心,传感系统能够实现对所采集光谱数据的实时调用和分析。在光谱数据分析过程中,为了更好地分离出强度较低的特征谱线,同时去除连续谱线对特征谱线的影响,使用了基于谱线强度一阶导数的谱分离算法,实现了在线性时间内有效分离连续谱线和特征谱线。为了建立特征谱线与熔池中存在元素间的本征联系,同时去除电弧光谱信号中的冗余信息,需要对特征谱线进行特征选择和自动分类,使用了基于皮尔逊相关系数的特征选择算法,实现了将特征谱线中提取到的6个种类的谱线与焊接过程中的6种元素及元素组合一一对应。得到光谱样本的特征后,为了建立气孔分类模型,还需要得到光谱样本对应的标签。本文基于铝合金GTAW焊缝的X射线探伤图片建立了针对焊接氢气孔缺陷的YOLO v3目标检测模型,实现了对气孔缺陷的端到端自动化打标,极大地降低了光谱样本标签获取的难度,同时简化了标签获取流程。以经过两次谱分离算法和特征选择算法处理后得到的7个特征量作为光谱样本属性,以目标检测模型得到的结果作为光谱样本标签,建立XGBoost氢气孔缺陷分类器。实验结果表明,模型对氢气孔缺陷的预测召回率为91.02%,精确率为86.69%,符合氢气孔检测要求。综合全文,得到了氢气孔缺陷的在线检测算法流程,具体为实时采集到的光谱数据经过两次谱分离算法处理分离为连续谱和特征谱;连续谱经由特征转换算法得到C0特征量,特征谱经由特征转换算法得到C1-C6特征量;C0-C6特征量送入分类器预测是否会产生气孔;焊完后,焊缝的X射线图片送入目标检测模型,对焊缝中的气孔缺陷打标,将C0-C6特征量和标签送给分类器训练,进行增量学习。
陈海平[9]（2019）在《基于电弧光谱的交流GTAW氢气孔形成特征在线检测研究》文中进行了进一步梳理在焊缝质量检测中,氢气孔是我们最关心的缺陷类型之一。传统的检测手段费时费力,对设备的要求高。而电弧光谱中蕴含着丰富的物理信息,有希望能与氢气孔建立起本征的联系。目前已有的光谱研究手段很难在保证光谱信息量的同时满足实时处理的要求。因此,本文中通过对电弧光谱的形成分析,提出一种高效的光谱特征提取方法,设计并实现了氢气孔在线检测过程。本文以铝合金GTAW焊接过程中的氢气孔检测为研究背景,在原焊接平台上搭建了电弧光谱在线分析系统,通过多线程并发技术分离各个模块,保证系统的稳定、高效运行。对焊接电弧光谱的形成机理进行了分析,计算了氩等离子体的成分、分析各谱线的强度随温度变化的情况,分析电弧光谱的连续谱的构成。为了能更好地分析弱线谱特征,提出了一个二次逼近的谱分离算法,能在线性时间内有效地分离出特征谱。使用线性特征降维算法进行分析,发现连续谱只用一个主成分就可以表示,而特征谱也有一个主要成分,但剩下的成分不容易分析。提出了一种基于相关系数的特征谱线聚类算法,能够有效将相同原子的谱线分为一类,每一类均可用一个特征量进行表示。这种方法使得弱谱线的信号也能很好地被保留下来。使用其中的七个特征量,分别对应着关键的元素。光谱信号在时域上还受到脉冲的干扰,使用EMD算法进行分解,存在着模态混叠现象,物理意义不明确。使用VMD分解法,信号可以清晰地分解到不同的频率上,其中模态1表示低频信号,模态2-8表示脉冲信号的傅里叶展开。以提取出的七个特征量作为样本属性,分别使用三种机器学习领域常用的分类器算法建立氢气孔的分类器,找出它们的最佳参数。k近邻分类法的最佳参数为近邻数k为5,距离函数为欧几里得函数。决策树分类法的最佳分支数为50,分支判断准则选择基尼系数。支持向量机模型的最佳参数是系数为0.05的高斯核函数。最后,综合本文所有研究内容,给出了氢气孔的在线检测的算法流程,并通过实验验证了算法的预测结果,其中决策树分类器的预测结果要比其他两种好,说明在氢气孔预测上,kNN分类器和SVM分类器很容易过拟合,使用基于规则分支建立的决策树的预测效果更好。通过实验测试算法的运行时间,所有环节总的平均耗时为10.799ms,能满足采样周期为30ms以上的光谱仪的实时性要求。
徐琛[10]（2019）在《多丝熔化极气体保护焊电弧耦合与熔池流动行为研究》文中提出高速熔化极气体保护焊（GMAW）一直是船舶等重工业解决焊接效率问题的有效方法,过去对于单、双丝熔化极气体保护焊的研究已经比较成熟,但是对于三丝GMAW的研究一直处于工艺研究阶段,主要是由于三丝GMAW中三根焊丝之间的电弧干扰要远远比双丝电弧干扰模型复杂,第三根焊丝的加入使得整个焊接过程电弧行为、热源分布、熔滴过渡等发生了变化,复杂的多场耦合更增加了研究过程的难度,使得三丝GMAW的模型建立变的困难。因此,本研究搭建了全面的三丝GMAW实验系统以及检测系统。首先结合传统的电信号检测系统和高速摄影系统,对不同电流配比、焊丝间距情况的三丝焊电信号和电弧行为进行分析,定性分析不同参数对电弧干扰的影响。然后利用光谱对中间电弧进行量化分析,基于Boltzmann作图法和Stark展宽法研究了多丝焊接工作条件下电弧的温度分布和电子密度分布,结合高速摄影获得的定性结果,给出电弧之间干扰的定量化分析。最后利用Flow-3D软件对三丝定点GMAW焊接熔池的流动进行模拟,修正三丝焊模型使得模拟结果和实际结果相符。研究发现,在三丝间距不变的情况,当电流配比为L400M300T300A时,电弧工作状态比较稳定,而其他参数配比下,电弧干扰均非常明显,同时发现中间弧相比引导弧和跟随弧对电弧的干扰更加敏感。在电流配比为L400M300T300A情况下,引导弧与中间弧的间距变大会导致电弧干扰整体下降,而跟随电弧与中间弧间距变大,电弧干扰程度反而上升,引导弧在该参数下对电弧干扰起到主导作用。中间电弧偏移量最大发生在DLM-DMT为20-30的情况,中间电弧偏移量最小发生在DLM-DMT为30-20的情况。。研究发现,双丝焊情况,当加入的引导电弧电流大于中间电弧时,原中间电弧温度中心向引导电弧稳定偏移,偏向引导电弧一侧电子密度明显增加。而引导电弧电流等于中间电弧时,电弧温度和电子密度分布和离散性反映出中间电弧工作状态不稳定。三丝焊情况,中间电弧温度分布变的复杂,在其中心位置出现温度低点,中间电弧工作电子密度离散程度小,工作状态更加稳定。本研究结合高速摄影系统获得的电弧照片,通过使用Abel逆变换的方法处理电弧照度信息,发现所求的照度分布数据符合高斯分布,再通过图解法可以准确求得三个电弧的有效作用半径。除此之外,高速摄影拍摄到三丝焊实际熔滴下落过程中存在水平方向的速度分量。通过理论计算可以求得其产生熔滴时的垂直下落速度,再结合高速摄影拍摄的熔滴下落角度,利用几何关系可以将该水平速度分量求出。利用Flow-3D软件,将该水平方向的速度分量加入熔滴模型中,模拟发现两侧熔池向中间熔池移动,焊接过程中三丝熔池的流动模式和最终形成的焊缝结果均与实际结果相符合。
二、焊接电弧光谱信息的基本理论和基本方法（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、焊接电弧光谱信息的基本理论和基本方法（论文提纲范文）
（1）基于标准温度法的变极性等离子弧焊电弧温度场研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 焊接电弧光谱诊断方法研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 试验设备 |
| 2.1 焊接系统及试验材料 |
| 2.2 电信号检测系统 |
| 2.3 电弧光谱采集系统 |
| 2.3.1 电弧谱线采集系统 |
| 2.3.2 电弧特征谱图像采集系统 |
| 第三章 电弧等离子体光谱诊断原理 |
| 3.1 电弧等离子体的局部热力学状态性质 |
| 3.2 Abel逆变换 |
| 3.3 标准温度法的测温原理 |
| 3.4 基于Saha方程的电弧粒子密度的计算原理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 直流等离子焊电弧光谱诊断 |
| 4.1 直流等离子电弧物理特性 |
| 4.1.1 基于光谱仪的标准温度法计算 |
| 4.1.2 基于高速摄像的标准温度法计算 |
| 4.1.3 等离子电弧光谱诊断结果分析 |
| 4.2 电弧温度的空域分布 |
| 4.3 焊接工艺参数对电弧温度分布的影响 |
| 4.3.1 焊接电流对电弧温度场的影响 |
| 4.3.2 弧长对电弧温度场的影响 |
| 4.3.3 离子气流量对电弧温度场的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 变极性等离子体电弧光谱诊断 |
| 5.1 VPPA电弧光谱图像的动态采集结果及分析 |
| 5.2 VPPA电弧等离子体的物理特性研究 |
| 5.2.1 不同电流占比电弧物理特性研究分析 |
| 5.2.2 不同时间占比电弧物理特性研究分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（2）活性剂在铝合金PPCA-TIG交流电弧中的过渡行为（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 活性TIG焊研究现状 |
| 1.2.1 活性TIG焊方法研究现状 |
| 1.2.2 铝合金活性TIG焊研究现状 |
| 1.2.3 熔深增加机理 |
| 1.3 电弧等离子体特性诊断研究现状 |
| 1.3.1 静电探针法 |
| 1.3.2 光谱法 |
| 1.4 活性剂过渡行为研究现状 |
| 1.5 研究内容及技术路线 |
| 1.6 主要创新点 |
| 第2章 试验方法及原理 |
| 2.1 搭建PPCA-TIG焊焊接平台 |
| 2.1.1 搭建焊接平台 |
| 2.1.2 试验材料 |
| 2.1.3 焊接信号检测 |
| 2.2 活性剂在PPCA-TIG电弧中的过渡行为 |
| 2.2.1 搭建快速往返式静电探针系统 |
| 2.2.2 活性剂粉末粒度统计 |
| 2.2.3 活性剂粉末形貌与成分分析 |
| 2.3 PPCA-TIG电弧特性的测量 |
| 2.3.1 静电探针测量原理 |
| 2.3.2 光谱测量原理 |
| 2.3.3 搭建光谱试验平台 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 活性剂在PPCA-TIG电弧中的过渡行为研究 |
| 3.1 序言 |
| 3.2 PPCA-TIG焊工艺试验 |
| 3.2.1 基本焊接参数确定 |
| 3.2.2 焊接工艺参数对焊缝深宽比的影响 |
| 3.3 活性剂在PPCA-TIG电弧中的过渡行为 |
| 3.3.1 捕捉位置 |
| 3.3.2 活性剂捕捉参数的确定 |
| 3.3.3 SiO_2在电弧中的过渡行为分析 |
| 3.3.4 MnCl_2在电弧中的过渡行为分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 活性剂过渡行为对PPCA-TIG电弧特性的影响 |
| 4.1 序言 |
| 4.2 探针特性曲线不同段计算直流TIG电弧温度的比较分析 |
| 4.2.1 探针V-I曲线测定 |
| 4.2.2 测量误差分析 |
| 4.3 交流PPCA-TIG电弧温度的静电探针测量分析 |
| 4.3.1 静电探针测定饱和离子电流 |
| 4.3.2 静电探针对交流 TIG 电弧和交流 PPCA-TIG 电弧特性的测量 |
| 4.3.3 结果分析 |
| 4.4 光谱对交流TIG和 PPCA-TIG电弧特性的测量 |
| 4.4.1 交流TIG和 PPCA-TIG电弧成分分析 |
| 4.4.2 交流TIG和 PPCA-TIG电弧温度变化 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
（3）不同活性剂对TIG焊电弧熔池热物理行为的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 活性TIG焊熔深增加机理研究现状 |
| 1.2.1 电弧收缩理论 |
| 1.2.2 表面张力温度梯度改变理论 |
| 1.3 熔池金属表面张力测量及数值模拟研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 1.5 本文创新点 |
| 第2章 实验材料与系统 |
| 2.1 实验材料及设备 |
| 2.1.1 焊接材料 |
| 2.1.2 活性剂及测量设备 |
| 2.2 数据采集系统 |
| 2.2.1 焊接系统 |
| 2.2.2 电弧空域光谱采集系统 |
| 2.2.3 电弧形貌及电信号采集系统 |
| 2.2.4 熔池表面温度采集系统 |
| 2.2.5 熔池振荡测量系统 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 不同活性剂对TIG焊电弧空域光谱特征及电弧温度场的影响 |
| 3.1 实验方法及焊接参数 |
| 3.2 电弧光谱谱线标定 |
| 3.2.1 电弧空域中氩、铁粒子谱线标定 |
| 3.2.2 活性剂粒子谱线标定 |
| 3.3 Boltzmann作图法计算电弧温度原理 |
| 3.4 电弧光谱及温度场空域分布特征 |
| 3.4.1 无活性剂电弧光谱及温度场空域分布特征 |
| 3.4.2 氧化物活性剂电弧光谱及温度场空域分布特征 |
| 3.4.3 氯化物活性剂电弧光谱及温度场空域分布特征 |
| 3.4.4 氟化物活性剂电弧光谱及温度场空域分布特征 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 不同活性剂对TIG焊熔池表面温度的影响 |
| 4.1 实验方法与焊接参数 |
| 4.2 熔池表面温度的表征 |
| 4.3 氧化物活性剂熔池表面温度变化特征 |
| 4.3.1 不同电流下熔池表面温度变化特征 |
| 4.3.2 相同电流下熔池表面温度变化特征 |
| 4.3.3 熔池表面最高温度变化特征 |
| 4.3.4 熔池表面温度梯度变化特征 |
| 4.4 氯化物活性剂熔池表面温度变化特征 |
| 4.4.1 不同电流下熔池表面温度变化特征 |
| 4.4.2 相同电流下熔池表面温度变化特征 |
| 4.4.3 熔池表面最高温度变化特征 |
| 4.4.4 熔池表面温度梯度变化特征 |
| 4.5 氟化物活性剂熔池表面温度变化特征 |
| 4.5.1 不同电流下熔池表面温度变化特征 |
| 4.5.2 相同电流下熔池表面温度变化特征 |
| 4.5.3 熔池表面最高温度变化特征 |
| 4.5.4 熔池表面温度梯度变化特征 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 不同活性剂对TIG焊熔池表面张力及熔深增加机理的影响 |
| 5.1 表面张力模型计算 |
| 5.2 表面张力测量系统误差分析 |
| 5.3 实验方法与焊接参数 |
| 5.4 不同活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 5.4.1 氧化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 5.4.2 氯化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 5.4.3 氟化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 5.5 不同活性剂熔深增加机理分析 |
| 5.5.1 氧化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 5.5.2 氯化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 5.5.3 氟化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
（4）高压熔化极气体保护焊电弧电离度测试及分析（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 高压焊接电弧特性的研究现状 |
| 1.3 电弧等离子体的基本参量和测量方法 |
| 1.3.1 焊接电弧的基本参量 |
| 1.3.2 焊接电弧的测量技术 |
| 1.4 焊接电弧光谱法的研究现状 |
| 1.5 研究内容 |
| 第二章 焊接电弧的光谱测量原理 |
| 2.1 等离子体的分类 |
| 2.1.1 按等离子体温度分类 |
| 2.1.2 按等离子体密度分类 |
| 2.1.3 按等离子体电离度大小分类 |
| 2.2 电弧等离子体的辐射光谱特征 |
| 2.2.1 轫致辐射 |
| 2.2.2 复合辐射 |
| 2.2.3 激发辐射 |
| 2.3 电弧等离子体的局部热力学状态描述 |
| 2.4 电弧电离度测量原理 |
| 2.5 焊接电弧等离子体的光谱测量方法 |
| 2.5.1 标准温度法 |
| 2.5.2 谱线相对强度法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 高压GMAW焊接实验系统 |
| 3.1 焊接实验系统的组成 |
| 3.1.1 高压焊接试验舱 |
| 3.1.2 焊接监控系统 |
| 3.1.3 GMAW焊接系统 |
| 3.1.4 电弧光谱采集系统 |
| 3.2 光谱仪波长校准 |
| 3.3 光谱特征谱线的选择与确定 |
| 3.3.1 谱线的筛选 |
| 3.3.2 GMAW电弧光谱的频域分布特征 |
| 3.3.3 光谱特征谱线的确定 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 不同环境压力下GMAW电弧光谱测量及分析 |
| 4.1 不同环境压力下GMAW电弧光谱测量方案 |
| 4.2 0.1MPa下 GMAW电弧电离度分布 |
| 4.3 0.3MPa下 GMAW电弧电离度分布 |
| 4.4 0.5MPa下 GMAW电弧电离度分布 |
| 4.5 不同条件下GMAW电弧电离度的对比分析 |
| 4.5.1 环境压力对电弧电离度分布的影响 |
| 4.5.2 焊接电流对电弧电离度分布的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者及导师简介 |
（5）水下湿法焊接电弧等离子体温度及其组分研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究的目的及意义 |
| 1.2 水下湿法焊接电弧光谱诊断及等离子体组分研究现状 |
| 1.2.1 水下湿法焊接研究现状 |
| 1.2.2 电弧等离子体光谱检测研究现状 |
| 1.2.3 电弧等离子体温度研究现状 |
| 1.2.4 电弧等离子体组分研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 1.4 论文研究重点及难点 |
| 第二章 水下湿法焊接电弧光谱诊断及等离子体组分计算原理 |
| 2.1 水下湿法焊接引弧物理过程 |
| 2.2 电弧等离子体辐射、平衡性质及辐射光谱 |
| 2.2.1 电弧等离子体的辐射 |
| 2.2.2 等离子体平衡性质 |
| 2.2.3 电弧等离子体辐射光谱 |
| 2.3 水下湿法焊接电弧等离子体温度场计算 |
| 2.4 水下湿法焊接电弧等离子体电子密度计算 |
| 2.5 水下湿法焊接等离子体组分计算 |
| 2.6 本章小节 |
| 第三章 水下湿法焊接电弧光谱诊断实验设计 |
| 3.1 实验平台设计 |
| 3.1.1 压力罐设计 |
| 3.1.2 空气压缩机 |
| 3.1.3 加压自锁装置 |
| 3.1.4 过滤器 |
| 3.1.5 接线法兰 |
| 3.1.6 水下焊接平台设计 |
| 3.2 水下湿法焊接实验平台控制系统设计 |
| 3.2.1 伺服驱动系统设计 |
| 3.2.2 控制面板设计 |
| 3.2.3 控制柜的设计 |
| 3.2.4 监控系统 |
| 3.3 电弧光谱诊断系统设计 |
| 3.3.1 电信号采集系统设计 |
| 3.3.2 光谱信号采集系统设计 |
| 3.3.3 同步采集的实现 |
| 3.4 高速摄像系统 |
| 3.5 实验系统操作过程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 水下湿法焊接电弧光谱检测及温度计算 |
| 4.1 水下湿法焊接引弧过程界定 |
| 4.1.1 引弧过程分析 |
| 4.1.2 引弧过程光谱采集 |
| 4.2 水下湿法焊接引弧过程电弧温度研究 |
| 4.2.1 等离子体谱线的选取标准 |
| 4.2.2 实验中选取的谱线 |
| 4.2.3 引弧温度计算 |
| 4.3 不同水深条件引弧温度计算及分析 |
| 4.3.1 20m水深引弧温度计算 |
| 4.3.2 40m水深引弧温度计算 |
| 4.4 水流条件下引弧温度计算及分析 |
| 4.5 水下湿法焊接引弧过程电子数密度计算 |
| 4.6 本章小节 |
| 第五章 水下湿法焊接等离子体组分计算 |
| 5.1 水下湿法焊接反应过程分析 |
| 5.2 水下湿法焊接等离子体组分光谱诊断 |
| 5.3 水下湿法焊接电弧等离子体组分确定 |
| 5.4 配分函数的计算 |
| 5.4.1 配分函数的意义及计算模型 |
| 5.4.2 原子的配分函数 |
| 5.4.3 分子的配分函数 |
| 5.5 水下湿法焊接电弧等离子体守恒方程 |
| 5.6 计算结果与分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文的主要结论 |
| 6.2 课题展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历 在读期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（6）基于光谱分析的电弧焊接在线检测与评估方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 等离子体诊断方法的研究现状 |
| 1.3 电弧焊接光谱诊断研究现状 |
| 1.4 光谱数据信息分析研究现状 |
| 1.5 本课题研究内容 |
| 第二章 电弧焊接过程信息获取及处理方法研究 |
| 2.1 等离子体状态研究 |
| 2.1.1 等离子体概念 |
| 2.1.2 等离子体的分类 |
| 2.1.3 等离子体基本特性 |
| 2.2 电弧焊接试验平台 |
| 2.2.1 系统整体结构配置 |
| 2.2.2 光谱信号的获取 |
| 2.2.3 电压信号获取 |
| 2.2.4 焊接材料及焊接工艺参数设计 |
| 2.3 系统研究方法 |
| 2.3.1 光谱分析理论与方法 |
| 2.3.2 光谱信号数据处理方法 |
| 2.3.3 光谱信号特征优化的方法 |
| 2.3.4 电信号预处理方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 电弧焊接光谱解析及电子温度曲线特征提取 |
| 3.1 工艺参数对等离子体光谱信号的影响 |
| 3.1.1 焊接速度对光谱信号产生的作用 |
| 3.1.2 焊接电流对光谱信号产生的作用 |
| 3.1.3 保护气体流量对光谱信号产生的作用 |
| 3.2 等离子体谱线选取标准 |
| 3.3 基于聚类算法的Ar原子波长强度提取 |
| 3.3.1 k-medoids方法 |
| 3.3.2 最小生成树算法 |
| 3.3.3 综合相似度量函数构建 |
| 3.3.4 聚类结果分析 |
| 3.4 Ar原子特征谱线的特征提取及缺陷诊断 |
| 3.4.1 Ar原子特征谱线电子温度的计算 |
| 3.4.2 Ar原子特征谱线电子温度曲线的特征提取 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 电弧焊接光谱信息降维及气孔缺陷形成诊断 |
| 4.1 焊缝形貌特征研究 |
| 4.1.1 焊缝形貌特征 |
| 4.1.2 工艺参数对焊缝成型影响 |
| 4.1.3 气孔缺陷的分类及其形成研究 |
| 4.1.4 工艺参数对气孔缺陷产生的影响 |
| 4.2 光谱信息的特征提取 |
| 4.2.1 光谱信息相关性计算 |
| 4.2.2 光谱信息降维方法研究 |
| 4.2.3 光谱信息特征提取 |
| 4.3 气孔缺陷预测方法研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文已完成工作总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的科研情况 |
（7）不锈钢A-TIG焊熔池表面张力测量及熔深增加机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 A-TIG焊熔深增加机理国内外研究现状 |
| 1.2.1 电弧收缩理论 |
| 1.2.2 表面张力温度梯度改变理论 |
| 1.3 高温金属熔体表面张力测量及模拟计算国内外研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 1.5 本文创新点 |
| 第2章 实验系统及设备 |
| 2.1 表面张力测量原理及方法 |
| 2.1.1 熔池振荡原理 |
| 2.1.2 表面张力计算方法 |
| 2.1.3 熔池振荡频率测量方法 |
| 2.2 实验材料及设备 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 实验设备 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 单组元活性剂对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 3.1 实验方法及焊接参数 |
| 3.2 氧化物活性剂对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 3.2.1 氧化物活性剂对焊缝几何尺寸的影响 |
| 3.2.2 氧化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 3.2.3 氧化物活性剂对电弧行为的影响 |
| 3.2.4 氧化物活性剂对电弧光谱的影响 |
| 3.2.5 氧化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 3.3 氯化物活性剂对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 3.3.1 氯化物活性剂对焊缝几何尺寸的影响 |
| 3.3.2 氯化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 3.3.3 氯化物活性剂对电弧行为的影响 |
| 3.3.4 氯化物活性剂对电弧光谱的影响 |
| 3.3.5 氯化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 3.4 氟化物活性剂对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 3.4.1 氟化物活性剂对焊缝几何尺寸的影响 |
| 3.4.2 氟化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 3.4.3 氟化物活性剂对电弧行为的影响 |
| 3.4.4 氟化物活性剂对熔池金属流动方式的影响 |
| 3.4.5 氟化物活性剂对电弧光谱的影响 |
| 3.4.6 氟化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 二组元活性剂对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 4.1 二组元活性剂的选择与配方确定 |
| 4.2 不同配比的氧化物和氟化物对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 4.2.1 不同配比的氧化物和氟化物活性剂对焊缝几何尺寸的影响 |
| 4.2.2 不同配比的氧化物和氟化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 4.2.3 不同配比的氧化物和氟化物活性剂对电弧行为的影响 |
| 4.2.4 不同配比的氧化物和氟化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 4.3 不同配比的氧化物和氯化物对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 4.3.1 不同配比的氧化物和氯化物活性剂对焊缝几何尺寸的影响 |
| 4.3.2 不同配比的氧化物和氯化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 4.3.3 不同配比的氧化物和氯化物活性剂对电弧行为的影响 |
| 4.3.4 不同配比的氧化物和氯化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 4.4 不同配比的氯化物和氟化物对不锈钢TIG焊焊缝熔深及表面张力的影响 |
| 4.4.1 不同配比的氯化物和氟化物活性剂对焊缝几何尺寸的影响 |
| 4.4.2 不同配比的氯化物和氟化物活性剂对熔池表面张力的影响 |
| 4.4.3 不同配比的氯化物和氟化物活性剂对电弧行为的影响 |
| 4.4.4 不同配比的氯化物和氟化物活性剂熔深增加机理分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
（8）基于电弧光谱信息的铝合金交流GTAW氢气孔缺陷特征检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 气孔缺陷影响因素及检测方法研究现状 |
| 1.2.1 气孔缺陷的影响因素 |
| 1.2.2 气孔缺陷的检测方法 |
| 1.3 焊接电弧光谱分析方法的研究现状 |
| 1.4 适用于焊接过程的光谱传感器应用现状 |
| 1.5 课题研究意义 |
| 1.6 课题研究内容 |
| 第二章 GTAW焊接平台及电弧光谱传感器设计 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 GTAW机器人焊接平台 |
| 2.3 焊接电弧光谱信息采集分析系统 |
| 2.4 焊接电弧光谱传感器研制 |
| 2.4.1 光谱传感类型选取 |
| 2.4.2 光谱传感的光路选取 |
| 2.4.3 光学参数的设计与计算 |
| 2.4.4 光谱传感系统 |
| 2.5 电弧光谱采集分析软件 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 交流GTAW焊接及焊缝探伤实验 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 交流GTAW焊接实验 |
| 3.3 焊缝X射线探伤实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 电弧光谱信号的特征分析方法 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 谱分离算法 |
| 4.3 特征选择算法 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 铝合金交流GTAW焊接氢气孔缺陷目标检测算法 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 用于交流GTAW焊接氢气孔缺陷打标的目标检测算法 |
| 5.2.1 Faster R-CNN算法 |
| 5.2.2 SSD算法 |
| 5.2.3 YOLO v3 算法 |
| 5.3 YOLO v3 算法在X射线探伤图片气孔缺陷目标检测中的应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 铝合金交流GTAW氢气孔缺陷分类算法 |
| 6.1 光谱样本集的获取及预处理 |
| 6.2 基于XGBoost算法的气孔缺陷分类器 |
| 6.3 XGBoost模型训练及结果分析 |
| 6.4 气孔缺陷在线检测算法 |
| 6.4.1 算法流程 |
| 6.4.2 在线检测算法的实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的学术成果 |
（9）基于电弧光谱的交流GTAW氢气孔形成特征在线检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 气孔缺陷检测研究现状 |
| 1.2.1 X射线检测 |
| 1.2.2 超声检测 |
| 1.3 电弧光谱信息研究应用现状 |
| 1.3.1 等离子体诊断 |
| 1.3.2 基于光谱信号的在线检测 |
| 1.4 基于机器学习的电弧光谱分析方法 |
| 1.4.1 电弧光谱信息的特征选择 |
| 1.4.2 电弧光谱信息的特征提取 |
| 1.5 课题研究意义 |
| 1.6 课题研究内容 |
| 第二章 GTAW电弧光谱在线分析实验系统 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 交流GTAW机器人焊接平台 |
| 2.2.1 焊接平台硬件设备 |
| 2.2.2 系统控制电路 |
| 2.3 电弧光谱信息在线分析系统 |
| 2.3.1 电弧光谱采集系统 |
| 2.3.2 电弧光谱在线处理模块 |
| 2.4 铝合金脉冲GTAW焊接实验设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 GTAW焊接过程中的光辐射机理 |
| 3.1 焊接过程中的光辐射形式 |
| 3.2 交流GTAW焊中的等离子体特征谱 |
| 3.2.1 氩等离子体的平衡成分 |
| 3.2.2 等离子体中氩的特征谱 |
| 3.2.3 铝合金的特征谱线 |
| 3.2.4 微量元素的特征辐射 |
| 3.3 交流GTAW焊中的等离子体连续谱 |
| 3.4 电荷耦合元件CCD的噪声信号 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 铝合金脉冲GTAW电弧光谱特征分析 |
| 4.1 脉冲GTAW焊接过程中的光谱数据 |
| 4.2 光谱数据的谱分离 |
| 4.2.1 连续谱与特征谱的基础分离算法 |
| 4.2.2 二次迭代优化分离算法 |
| 4.2.3 电弧光谱特征谱分离效果 |
| 4.3 电弧光谱在波长域上的特征约简 |
| 4.3.1 主成分分析法 |
| 4.3.2 因子分析法 |
| 4.3.3 基于相关系数的特征谱线聚类算法 |
| 4.4 电弧光谱在时域上的信号分解 |
| 4.4.1 基于经验模态分解EMD的信号分解 |
| 4.4.2 基于变分模态分解VMD的信号分解 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 铝合金脉冲GTAW氢气孔缺陷分类器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 氢气孔样本标签 |
| 5.3 基于机器学习的分类器原理 |
| 5.3.1 基于k近邻分类算法的分类器 |
| 5.3.2 基于决策树的分类器 |
| 5.3.3 基于支持向量机的分类器 |
| 5.4 氢气孔缺陷分类器的比较 |
| 5.4.1 基于kNN的氢气孔分类器 |
| 5.4.2 基于决策树的氢气孔分类器 |
| 5.4.3 基于SVM的氢气孔分类器 |
| 5.5 氢气孔的在线检测算法 |
| 5.5.1 算法流程 |
| 5.5.2 在线检测算法的实验验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（10）多丝熔化极气体保护焊电弧耦合与熔池流动行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 多丝GMAW发展 |
| 1.2.2 多丝GMAW模拟研究进展 |
| 1.2.3 焊接光谱分析研究进展 |
| 1.3 本课题的主要研究内容及方法 |
| 第二章 实验平台和模拟软件 |
| 2.1 焊接实验平台构成 |
| 2.1.1 三丝GMAW自动焊接系统 |
| 2.1.2 高速摄影系统 |
| 2.1.3 光谱采集系统 |
| 2.2 实验材料 |
| 2.3 计算流体力学软件 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多丝GMAW参数影响分析 |
| 3.1 电流配比对定点三丝焊的电弧干扰的影响 |
| 3.2 间距对对定点三丝焊的电弧干扰的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 多丝GMAW电弧干扰光谱分析 |
| 4.1 电弧热力学状态讨论 |
| 4.2 Stark展开法求解电子密度的原理 |
| 4.3 Boltzmann作图法计算电子温度理论 |
| 4.4 光谱实验方案 |
| 4.4.1 光谱采集方法 |
| 4.4.2 光谱实验参数方案 |
| 4.5 光谱数据分析 |
| 4.5.1 单丝状态电子温度和电子密度分析 |
| 4.5.2 双丝状态电子温度和电子密度分析 |
| 4.5.3 三丝状态电子温度和电子密度分析 |
| 4.5.4 焊丝间距对电子温度和电子密度分布的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 定点三丝GMAW熔池形成机理研究 |
| 5.1 三丝GMAW三维模型的建立 |
| 5.1.1 实验材料属性和方法 |
| 5.1.2 模型控制方程 |
| 5.1.3 边界条件 |
| 5.1.4 熔滴的处理 |
| 5.1.5 数值计算 |
| 5.3 结果分析与讨论 |
| 5.3.1 基础模型结果和实际结果对比 |
| 5.3.2 三丝GMAW模型改进与优化 |
| 5.4 改进模型结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 全文总结 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的学术成果 |
| 致谢 |
四、焊接电弧光谱信息的基本理论和基本方法（论文参考文献）
- [1]基于标准温度法的变极性等离子弧焊电弧温度场研究[D]. 王学龙. 内蒙古工业大学, 2021(01)
- [2]活性剂在铝合金PPCA-TIG交流电弧中的过渡行为[D]. 薛旭普. 兰州理工大学, 2021(01)
- [3]不同活性剂对TIG焊电弧熔池热物理行为的影响[D]. 席保龙. 兰州理工大学, 2021(01)
- [4]高压熔化极气体保护焊电弧电离度测试及分析[D]. 汪继宗. 北京石油化工学院, 2020(06)
- [5]水下湿法焊接电弧等离子体温度及其组分研究[D]. 徐翔. 华东交通大学, 2020(01)
- [6]基于光谱分析的电弧焊接在线检测与评估方法研究[D]. 叶昕. 江苏大学, 2020(02)
- [7]不锈钢A-TIG焊熔池表面张力测量及熔深增加机理研究[D]. 边春红. 兰州理工大学, 2020(12)
- [8]基于电弧光谱信息的铝合金交流GTAW氢气孔缺陷特征检测研究[D]. 李刚. 上海交通大学, 2020(01)
- [9]基于电弧光谱的交流GTAW氢气孔形成特征在线检测研究[D]. 陈海平. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]多丝熔化极气体保护焊电弧耦合与熔池流动行为研究[D]. 徐琛. 上海交通大学, 2019(06)