摘 要摘 要旋转电弧窄间隙MAG焊是一种优质高效的焊接方法，因此在中厚板焊接中受到极大的重视与深入的研究。为了保证焊接质量，克服焊接工件坡口存在加工和装配误差、焊炬未对准坡口中心、焊丝弯曲、电弧偏吹等一些干扰因素影响侧壁熔深，需要对焊缝进行实时有效的焊缝跟踪，而单一的传感技术又无法实现精确的焊缝跟踪，因此有必要结合多种传感技术来进行信息融合，从而实现改善焊接上质量的目的。本课题对旋转电弧窄间隙MAG焊的电弧声音信号传感技术进行研究，通过对声音信号的采集，并结合电弧传感，进行信息融合，进一步分析旋转电弧窄间隙MAG焊的电弧声音信号，得到焊接电流变化下电弧声信号的特征，并分别从电弧声信号的时域和频域两个角度进行研究，发现了一些电弧声信号的特征和规律。关键词旋转电弧窄间隙 MAG 焊；声音传感；电弧传感Abstract
目录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内与国外的发展基本现状 2
1.2.1 电弧传感的焊缝跟踪技术的国内外发展现状 2
1.2.2 声音传感的焊缝跟踪技术国内外发展现状 3
1.3 本课题研究目的与内容 4
1.3.1 研究目的 4
1.3.2 研究内容 4
第2章 旋转电弧窄间隙MAG焊及声音传感试验装置 5
2.1 系统组成 5
2.2 窄间隙MAG焊电弧传感硬件组成 6
2.3 窄间隙MAG焊声音传感硬件组成 7
2.4 窄间隙MAG焊的电流、电压控制系统组成 8
2.5 控制柜的构造及作用 11
第3章 窄间隙MAG焊电弧声音传感特性研究 13
3.1 实验设计 13
3.2 焊接电流变化下的电弧声信号特征 14
3.2.1 电弧声信号时域特征 14
3.2.2 电弧电流与电弧声信号振铃的关系 17
3.2.3 电弧声信号频域特征 18
结论 22
参考文献 23
致谢 25
 绪论
课题研究背景及意义
由于现代工业越来越大型化，厚板结构的应用
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072$ 
越来越多，传统的焊接方法因此表现出了很大的局限性和不适应性。正因如此，窄间隙焊接技术[1]的诞生使得现代工业的发展稳步前进。窄间隙焊接技术是一种经济并且优质的焊接方法，通过几十年的研究积累，直到20世纪80年代，窄间隙焊技术基本完成，并且进入试用期，目前为止国内外的工业发展中起着关键性的作用[2]。由于窄间隙焊接可以提升焊接的质量和降低生产成本的工业技术，提高焊接生产率等优点，使其在钢结构的焊接领域中有着不可预估的发展潜力和广泛的应用领域[3]。由于旋转电弧窄间隙焊的旋转电弧相比于摆动电弧，有着更高的旋转频率，还能得到更好的焊缝成形，而且焊接时不需要降低焊接的速度，因此国内外研究力度都开始加大，体现出对窄间隙焊技术十分的重视[4]。而窄间隙焊接方法又分为：窄间隙埋弧焊、窄间隙钨极氩弧焊、窄间隙熔化极气体保护焊。
由于我国焊接技术基本停留在手工焊技术，而且焊接质量水平普遍不高，因此我国需要加紧研究利用窄间隙焊接[5]。而如何提高窄间隙焊接效率与质量成为国内外研究的热点，据统计，到目前为止提高焊接质量实际应用方法主要有电弧旋转、电弧摆动、双丝及多丝的方法[6]。其中电弧旋转法是通过驱动装置来将电弧旋转起来的方法，虽然对坡口的精确程度和焊接工艺参数要求很严格，但是却解决了焊丝不规则摆动、导电嘴磨损等传统焊接中的问题。在旋转电弧窄间隙MAG焊过程中，工件加工和装配等工艺参数要求都非常高，可是实际生产中，各种实际误差都是不可避免的，导致旋转电弧窄间隙MAG焊的焊接质量和效率下降，容易产生焊接缺陷[7]。旋转电弧窄间隙MAG焊的焊接过程的监测是很重要的一环。
随着时代的发展，声音传感器也在不断发展。声音传感器的作用由最开始只是单一话筒功能到现在已经可以接受声波，表现声音的振动图像，而且能测量噪声的强度，甚至配合电脑和各种采集器一起使用等等[8]。同时声音传感器的应用领域也在不断的扩展，从声控路灯到机器人再到航天航空技术，声音传感器已经变得越来越重要。而在焊接领域中，为了保证焊接质量，克服焊接工件坡口存在加工和装配误差、焊炬未对准坡口中心、焊丝弯曲、电弧偏吹等一些干扰因素影响侧壁熔深，需要对焊缝进行实时有效的焊缝跟踪，而单一的传感技术又无法实现精确的焊缝跟踪，因此有必要结合多种传感技术来进行信息融合，从而实现改善焊接上质量的目的。本课题对旋转电弧窄间隙MAG焊的电弧声音信号传感技术进行研究，通过对声音信号的采集，并结合电弧传感，进行信息融合，进一步分析旋转电弧窄间隙MAG焊的电弧声音信号，得到焊接电流变化下电弧声信号的特征，并分别从电弧声信号的时域和频域两个角度进行研究，发现了一些电弧声信号的特征和规律。
国内与国外的发展基本现状
电弧传感的焊缝跟踪技术的国内外发展现状
到目前为止，对于电弧传感已进行很多的研究，从摆动电弧到旋转电弧，提出很多有意义的和简便的电弧传感算法。其中电弧传感算法主要有极值法，平均值法或者积分法，谐波分析法等[9]。
2007年，石永华以HALMOY焊丝熔化模式的基础，并使用气体保护电弧焊系统的数学模型，建立了高速旋转电弧传感器的数学模型。数学模型对建立了高速旋转电弧传感器系统的设计具有很大的指导意义[10]。2010年，华南理工大学石永华对GMAW焊高速旋转电弧传感器信号特性技术进行分析，焊接电信号直接使用焊缝跟踪，基于气体保护熔化极焊接的数学模型，提出焊丝端部的运动学模型，是根据不同的焊接参数进行测试，记录下焊接电流波形。结果表明，在数值模拟结果与实际的焊接电流波形相同[11]。不对称的半周期围绕电弧传感器电流波形成正比焊枪偏差，电弧旋转频率较高，较小电流变化。转弯半径，较为明显的不对称性更大的电流波形。对旋转电弧传感器系统的设计的结果具有指导意义。
2013年东南大学自动化研究所以及昆山研究所机器人研究所对熔化极气体保护焊电弧传感器信号特征进行了研究,提出了一种用于实现脉冲GMAW焊接摆动电弧传感焊缝跟踪系统的电弧传感器信号处理方法,结合脉冲阈值法和最小滤波器方法,从焊接过程可以从脉冲电流信号的变化的变化反映了焊炬高度、基值电流信号通过积分微分法计算出的高度方向焊枪与焊缝偏差信息,从而实现焊缝跟踪[12]。
由于窄间隙焊接技术的应用领域广泛，对于窄间隙焊缝跟踪方法的研究，不仅在国外受到许多重视，而且国内也受到了越来越多的重视[13]。
基于旋转电弧传感器圆弧窄间隙MAG焊焊缝跟踪的特点，江苏科技大学黎文航，王加友，孙丹丹，杨峰，在2009年，根据旋转电弧窄间隙焊接的特点，基于电弧传感器，提出了电流平均传感方法[14];2011年，由旋转电弧窄间隙焊接多层单道焊接坡口改变了平板的特性，导致传统的方法电弧传感器的灵敏度的损失，设计了一种基于电流极值数目和分布的焊缝偏差检测算法; 2013年对于旋转电弧窄间隙MAG多层焊焊缝跟踪需要单信道，提出了基于智能建模方法的窄间隙MAG焊接偏差的粗糙集，模型验证，并与神经网络算法相比，预测能力，也满足焊缝跟踪精度的需求[15]，但粗糙集模型的理解是比较容易的，并从电势的规律，电弧控制器的设计提供了理论依据的数据，以进一步探索和焊缝偏差规律。

原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/jscl/77510.html