高强度钢材激光-电弧混合焊接中对接接头间隙的工艺参数自适应控制

《Optics & Laser Technology》：Adaptive control of process parameters for butt joint gaps in laser-arc hybrid welding of high-strength steel

　　

徐凯勤|舒乐石|王一琳|金军|王昊|耿绍宁

摘要

高功率激光-电弧混合焊接在中厚钢板焊接中得到了广泛应用。在满穿透对接焊接中，由于钢板厚度的增加，对接缝隙成为影响焊接稳定性的关键因素，这常常导致诸如凹坑、未填满和焊缝塌陷等缺陷。因此，对于焊接过程中不稳定的缝隙采取有效的应对措施至关重要。然而，传统的基于预设参数或规则的调整策略往往无法应对不断变化的缝隙，尤其是在中厚钢板焊接中。本研究提出了一种基于反向传播神经网络（BPNN）的在线自适应控制方案，该方案能够协同调整激光功率和电弧长度，以保证在0到0.6毫米范围内变化的缝隙条件下焊接的稳定性。BPNN将测得的缝隙值映射到相应的激光功率和电弧长度修正值，并通过高速成像技术和电压时频特征对控制性能进行评估。结果表明，不当的激光功率和电弧长度分别会导致焊缝表面塌陷和凹坑缺陷。对焊接电压信号的时频特性分析揭示了可变缝隙条件及参数控制对电弧行为的影响机制，识别出了在缺陷形成和操作条件变化过程中电弧特性的具体变化趋势，包括峰值电压、基值电压和脉冲频率等。通过控制激光功率和电弧长度，可以有效抑制信号波动，提高工艺稳定性，平均而言，信号稳定性分别提升了45%和16.5%。