01 Pappersintroduktion: På grund av sin exceptionellt höga specifika hållfasthet fungerar titanlegeringar som kritiska konstruktionsmaterial inom flyg och avancerad utrustningstillverkning. Men under lasersvetsprocessen är dessa legeringar benägna att drabbas av problem som plasmafluktuationer, instabil svetspenetration och hetsprickbildning. Varken traditionell kontinuerlig lasersvetsning eller båg-hybridsvetsning kan på ett tillförlitligt sätt uppnå stabil svetsbildning som kännetecknas av hög precision och låga defekter; dessutom kämpar konventionella slutna-slingsystem för att övervinna begränsningar när det gäller otillräcklig-realtidsrespons och stort beroende av specifika processmodeller. Modell-fri adaptiv svetsning-baserad på spektrala egenskaper-har framstått som en lovande lösning på dessa utmaningar, tack vare dess exakta värmetillförselkontroll och snabba regleringssvar. Ändå är de evolutionära mönstren för spektrala egenskaper och de dynamiska svarsmekanismerna som styr svetspenetration under lasersvetsning av titanlegeringar i stort sett oklara. För att ta itu med denna kunskapslucka använder den här studien variabla-parameterlasersvetsexperiment för att karakterisera den typiska mikrostrukturen hos svetsfogar och de tillhörande plasmaspektrala egenskaperna. Baserat på dessa spektrala signaler etableras en online-kvantifieringsmetod för svetspenetration för att undersöka de inneboende korrelationerna mellan penetrationsstabilitet, sprickkänslighet och svetsparametrar. Därefter implementeras en spektrum-driven modell-fri styrenhet för att uppnå svetsning av hög-kvalitet, medan de mekaniska egenskaperna och svetsbildningskvaliteten hos de resulterande fogarna utvärderas omfattande. Denna forskning ger både teoretiskt och experimentellt stöd för realiseringen av högpresterande lasersvetsning för titanlegeringar.
02 Fulltextöversikt: Det här dokumentet tar upp kritiska utmaningar vid pulsad lasersvetsning av titanlegeringar-specifikt, svårigheten att detektera smältbassängsdjup online, känsligheten hos smältbassängdjup för fluktuationer orsakade av varierande värmeavledningsförhållanden och den otillräckliga precisionen hos traditionella kontrollmetoder. Genom att använda spektraldiagnostik och modell-fri adaptiv kontroll som viktiga tekniska tillvägagångssätt, undersöker denna studie onlinedetektering och sluten-loopkontroll av smältbassängens djup. Uppsatsen etablerar en experimentell plattform för plasmaspektruminsamling och pulsad lasersvetsning; genom en serie svetsexperiment med variabel-hastighet, förvärvar den motsvarande data som länkar spektrala signaler till smältbassängsdjup. Den jämför effektiviteten hos dimensionsreducerande tekniker-som t-SNE och UMAP- vid extrahering av spektrala egenskaper och konstruerar ett BP-neuralt nätverk för att förutsäga smältbassängens djup. Samtidigt väljs det spektrala intensitetsförhållandet R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) som en karakteristisk parameter; baserat på en Hammerstein-modell och partikelsvärmsoptimering identifieras systemets dynamiska egenskaper, och en modellfri adaptiv styrenhet är designad för att uppnå stabil kontroll av smältbassängens djup. Resultaten visar att spektrala egenskaper bearbetade via UMAP-dimensionalitetsreduktion ger den högsta prediktionsnoggrannheten (R²=0.982), och att det spektrala intensitetsförhållandet R3 uppvisar en signifikant negativ korrelation med smältbassängens djup, vilket möjliggör realtidskarakterisering av djupet. Den designade MFAC-kontrollern har en snabb inställningstid och minimal överskjutning; under förhållanden med varierande värmeavledning bibehöll 87,3 % av svetsfogarna ett stabilt smältbassängdjup inom området 2,20 ± 0,15 mm, med en standardavvikelse på endast 0,0986. Denna forskning uppnår framgångsrikt onlinedetektering och stabil kontroll av smältbassängens djup vid lasersvetsning av titanlegeringar, vilket ger en effektiv metod för exakt reglering av svetskvalitet i komplexa komponenter inom flygsektorn.
03 Illustrerad analys: Figur 1 visar en visualisering av spektraldatainsamlingen och numerisk simulering av den pulsade lasersvetsprocessen. Den illustrerar intensitetsvariationskurvorna för den karakteristiska spektrallinjen Ti I 503,995 nm vid olika svetshastigheter, såväl som utvecklingen av temperaturfältet inom svetszonen under pulsad laserbestrålning. Resultaten indikerar att den spektrala intensiteten uppvisar ett icke-linjärt samband med svetshastigheten. När svetshastigheten ökar, minskar värmetillförseln-vilket leder till en minskning av exciterade plasmapartiklar-och spektrallinjens intensitet minskar initialt. Men när hastigheten ökas ytterligare, ökar förhållandet djup-till-bredd av svetsen; följaktligen skiftar signalupptagningspunkten närmare plasmans kärna, vilket gör att den spektrala intensiteten därefter stiger.
Figur 2 visar en schematisk illustration av svetsgenomträngningsdjupextraktionsprocessen. Den demonstrerar metodiken som tillämpas på titanlegeringssvetsar efter pulsad lasersvetsning-som omfattar förberedelse av longitudinella metallografiska-tvärsnitt, gråskaletransformation, binarisering och kantextraktion-och skiljer därigenom tydligt basmetallen från svetssvetszonen, exakt identifiering av den automatiska gränsen och penetrationen. mätning och kalibrering av penetrationsdjupvärdena.
Figur 2 visar en schematisk illustration av svetsgenomträngningsdjupextraktionsprocessen. Den demonstrerar metodiken som tillämpas på titanlegeringssvetsar efter pulsad lasersvetsning-som omfattar förberedelse av longitudinella metallografiska-tvärsnitt, gråskaletransformation, binarisering och kantextraktion-och skiljer därigenom tydligt basmetallen från svetssvetszonen, exakt identifiering av den automatiska gränsen och penetrationen. mätning och kalibrering av penetrationsdjupvärdena.
Figur 3 visar en korrelationskoefficientkarta för data som bearbetats med olika metoder, som illustrerar storleken på korrelationskoefficienterna mellan smältdjupet och egenskaperna som extraheras med tre distinkta tillvägagångssätt: t-SNE-dimensionalitetsreduktion, UMAP-dimensionalitetsreduktion och det spektrala intensitetsförhållandet R3. Resultaten indikerar att det spektrala intensitetsförhållandet R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) uppvisar den högsta korrelationen med smältdjupet och når en koefficient på -0,886-en prestanda som är betydligt överlägsen den för de två olinjära, olinjära dimensionsreduceringsmetoderna{9}}AP. Detta visar att det spektrala intensitetsförhållandet är det mest känsliga för variationer i smältdjup och har den starkaste karakteriseringsförmågan; sålunda fungerar den som en kärnfunktion för onlinedetektering och modellfri adaptiv kontroll av smältdjup.
03 Sammanfattning: Den här artikeln tar upp utmaningarna med fluktuationer i smältbassängsdjup och onlinedetektering vid pulsad lasersvetsning av titanlegeringar, och undersöker djupdetektering av smältbassäng online och modell-fri adaptiv kontroll baserad på spektroskopisk diagnostik. Genom att inhämta plasmaemissionsspektra och jämföra karaktäriseringseffektiviteten för egenskaper härledda från t-SNE- och UMAP-dimensionalitetsreduktion mot spektrala intensitetsförhållanden, upptäcktes att intensitetsförhållandet R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) uppvisar en{}stark deformation av smältpoolen med en {7}p korrelationskoefficient på -0,886-och möjliggör exakt karakterisering. Baserat på denna spektrala funktion konstruerades ett modellfritt adaptivt styrsystem- som använder en kombination av Hammerstein-modellen och partikelsvärmoptimeringsalgoritmen för att uppnå parameteroptimering. Både simulerings- och experimentella resultat visar att kontrollsystemet har snabb respons och minimal överskjutning; dessutom, även under varierande värmeavledningsförhållanden, upprätthåller den framgångsrikt smältbassängens djup på 87,3 % av svetsfogarna inom ett stabilt område på 2,20 ± 0,15 mm. Den här studien inser realtidsövervakning och stabil kontroll av smältbassängens djup vid titanlegeringslasersvetsning, vilket ger en effektiv teknisk lösning för reglering av sluten slinga av svetskvalitet vid tillverkning av avancerad utrustning.
