01 Papirintroduksjon: På grunn av deres eksepsjonelt høye spesifikke styrke, tjener titanlegeringer som kritiske strukturelle materialer innen luftfart og produksjon av{1} avansert utstyr. Men under lasersveiseprosessen er disse legeringene utsatt for problemer som plasmasvingninger, ustabil sveisepenetrasjon og varmesprekker. Verken tradisjonell kontinuerlig lasersveising eller lysbue-hybridsveising kan på en pålitelig måte oppnå stabil sveisedannelse preget av høy presisjon og lave defektrater; dessuten sliter konvensjonelle lukkede-sløyfekontrollsystemer med å overvinne begrensninger angående utilstrekkelig-sanntidsrespons og stor avhengighet av spesifikke prosessmodeller. Modell-fri adaptiv sveising-basert på spektrale egenskaper-har dukket opp som en lovende løsning på disse utfordringene, på grunn av dens nøyaktige varmetilførselskontroll og raske regulatoriske respons. Ikke desto mindre er de evolusjonære mønstrene for spektrale egenskaper og de dynamiske responsmekanismene som styrer sveisepenetrasjon under lasersveising av titanlegeringer stort sett uklare. For å adressere dette kunnskapsgapet, bruker denne studien lasersveiseeksperimenter med variabel-parameter for å karakterisere den typiske mikrostrukturen til sveisesømmer og de tilhørende plasmaspektrale funksjonene. Basert på disse spektrale signalene, er det etablert en online kvantifiseringsmetode for sveisepenetrering for å undersøke de iboende korrelasjonene mellom penetrasjonsstabilitet, sprekksusceptibilitet og sveiseparametere. Deretter implementeres en spektrum-drevet modell-fri kontroller for å oppnå sveising av høy-kvalitet, mens de mekaniske egenskapene og kvaliteten på sveisedannelsen til de resulterende skjøtene blir grundig evaluert. Denne forskningen gir både teoretisk og eksperimentell støtte for realisering av{20}}høyytelses lasersveising for titanlegeringer.
02 Full Text Overview: Denne artikkelen tar for seg kritiske utfordringer i pulserende lasersveising av titanlegeringer-spesifikt, vanskeligheten med online smeltebassengdybdedeteksjon, følsomheten til smeltebassengdybde for fluktuasjoner forårsaket av varierende varmespredningsforhold og den utilstrekkelige presisjonen til tradisjonelle kontrollmetoder. Ved å bruke spektraldiagnostikk og modell-fri adaptiv kontroll som viktige tekniske tilnærminger, undersøker denne studien online deteksjon og lukket-sløyfekontroll av smeltebassengdybde. Artikkelen etablerer en eksperimentell plattform for plasmaspektruminnsamling og pulserende lasersveising; gjennom en serie sveiseeksperimenter med variabel-hastighet, innhenter den tilsvarende data som kobler spektrale signaler til smeltebassengdybder. Den sammenligner effektiviteten til dimensjonalitetsreduksjonsteknikker-som t-SNE og UMAP-ved å trekke ut spektrale egenskaper og konstruerer et BP-nevralt nettverk for å forutsi smeltebassengdybde. Samtidig velges det spektrale intensitetsforholdet R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) som en karakteristisk parameter; basert på en Hammerstein-modell og partikkelsvermoptimalisering, identifiseres systemets dynamiske egenskaper, og en modell{15}}fri adaptiv kontroller er designet for å oppnå stabil kontroll over smeltebassengets dybde. Resultatene viser at spektrale funksjoner behandlet via UMAP-dimensjonalitetsreduksjon gir den høyeste prediksjonsnøyaktigheten (R²=0.982), og at spektralintensitetsforholdet R3 viser en signifikant negativ korrelasjon med smeltebassengets dybde, og muliggjør dermed sanntidskarakterisering av dybden. Den utformede MFAC-kontrolleren har en rask utfellingstid og minimal overskyting; under forhold med varierende varmespredning opprettholdt 87,3 % av sveisesømmene en stabil smeltebassengdybde innenfor området 2,20 ± 0,15 mm, med et standardavvik på bare 0,0986. Denne forskningen oppnår vellykket online deteksjon og stabil kontroll av smeltebassengdybde i lasersveising av titanlegeringer, og gir en effektiv metodikk for nøyaktig regulering av sveisekvalitet i komplekse komponenter innen romfartssektoren.
03 Illustrert analyse: Figur 1 viser en visualisering av spektraldatainnsamlingen og numerisk simulering av den pulserte lasersveiseprosessen. Den illustrerer intensitetsvariasjonskurvene til den karakteristiske spektrallinjen Ti I 503.995 nm ved forskjellige sveisehastigheter, samt utviklingen av temperaturfeltet innenfor sveisesonen under pulserende laserbestråling. Resultatene indikerer at den spektrale intensiteten viser et ikke-lineært forhold til sveisehastigheten. Etter hvert som sveisehastigheten øker, reduseres varmetilførselen-og fører til en reduksjon i eksiterte plasmapartikler-og spektrallinjens intensitet synker til å begynne med. Etter hvert som hastigheten økes ytterligere, øker imidlertid forholdet mellom dybde-til-bredde av sveisen; følgelig forskyves signalinnsamlingspunktet nærmere plasmakjernen, noe som får den spektrale intensiteten til å øke.
Figur 2 presenterer en skjematisk illustrasjon av sveiseinntrengningsdybdeekstraksjonsprosessen. Den demonstrerer metoden brukt på titanlegeringssveisinger etter pulserende lasersveising-som omfatter utarbeidelse av langsgående metallografiske tverrsnitt, gråtonetransformasjon, binarisering og kantekstraksjon-, og skiller derved tydelig basismetallet fra sveisefusjonssonen, nøyaktig identifisering av den automatiske og grensesnittet. måling og kalibrering av penetrasjonsdybdeverdiene.
Figur 2 presenterer en skjematisk illustrasjon av sveiseinntrengningsdybdeekstraksjonsprosessen. Den demonstrerer metoden brukt på titanlegeringssveisinger etter pulserende lasersveising-som omfatter utarbeidelse av langsgående metallografiske tverrsnitt, gråtonetransformasjon, binarisering og kantekstraksjon-, og skiller derved tydelig basismetallet fra sveisefusjonssonen, nøyaktig identifisering av den automatiske og grensesnittet. måling og kalibrering av penetrasjonsdybdeverdiene.
Figur 3 presenterer et korrelasjonskoeffisientkart for data behandlet ved hjelp av forskjellige metoder, som illustrerer størrelsen på korrelasjonskoeffisientene mellom smeltedybden og funksjonene som er hentet ut av tre distinkte tilnærminger: t-SNE-dimensjonalitetsreduksjon, UMAP-dimensjonalitetsreduksjon og det spektrale intensitetsforholdet R3. Resultatene indikerer at det spektrale intensitetsforholdet R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) viser den høyeste korrelasjonen med smeltedybden, og når en koeffisient på -0.886-en ytelse som er betydelig overlegen den for de to ikke-lineære dimensjonalitetsreduksjonsmetodene{9}}AP. Dette viser at det spektrale intensitetsforholdet er det mest følsomme for variasjoner i smeltedybden og har den sterkeste karakteriseringsevnen; dermed fungerer den som en kjernefunksjon for online-deteksjon og modellfri adaptiv kontroll av smeltedybden.
03 Sammendrag: Denne artikkelen tar for seg utfordringene med dybdesvingninger i smeltebasseng og online-deteksjon i pulserende lasersveising av titanlegeringer, og undersøker online dybdedeteksjon av smeltebasseng og modell-fri adaptiv kontroll basert på spektroskopisk diagnostikk. Ved å innhente plasmaemisjonsspektre og sammenligne karakteriseringseffektiviteten til funksjoner avledet fra t-SNE- og UMAP-dimensjonalitetsreduksjon mot spektrale intensitetsforhold, ble det oppdaget at intensitetsforholdet R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) viser en{} sterk smeltemasse-korrelasjon korrelasjonskoeffisient på -0,886-og muliggjør dermed presis karakterisering. Basert på denne spektrale funksjonen ble et modell-fritt adaptivt kontrollsystem konstruert, som bruker en kombinasjon av Hammerstein-modellen og partikkelsvermoptimaliseringsalgoritmen for å oppnå parameteroptimalisering. Både simulerings- og eksperimentelle resultater viser at kontrollsystemet har rask respons og minimal overskyting; Videre, selv under varierende varmeavledningsforhold, opprettholder den smeltebassengdybden på 87,3 % av sveisesømmene innenfor et stabilt område på 2,20 ± 0,15 mm. Denne studien realiserer sanntidsovervåking og stabil kontroll av smeltebassengdybden i titanlegeringslasersveising, og gir en effektiv teknisk løsning for lukket sløyferegulering av sveisekvalitet i produksjon av avansert utstyr.
