01 Papirintroduktion: På grund af deres usædvanligt høje specifikke styrke tjener titanlegeringer som kritiske strukturelle materialer inden for luftfart og avanceret udstyrsfremstilling. Men under lasersvejseprocessen er disse legeringer tilbøjelige til problemer såsom plasmasvingninger, ustabil svejsegennemtrængning og varme revner. Hverken traditionel kontinuerlig lasersvejsning eller lysbue-hybridsvejsning kan pålideligt opnå stabil svejsedannelse karakteriseret ved høj præcision og lave defektrater; desuden kæmper konventionelle lukkede-sløjfekontrolsystemer med at overvinde begrænsninger vedrørende utilstrækkelig-realtidsrespons og stor afhængighed af specifikke procesmodeller. Model-fri adaptiv svejsning-baseret på spektrale karakteristika-er dukket op som en lovende løsning på disse udfordringer på grund af dens præcise varmetilførselskontrol og hurtige regulatoriske reaktion. Ikke desto mindre forbliver de evolutionære mønstre af spektrale karakteristika og de dynamiske responsmekanismer, der styrer svejsegennemtrængning under lasersvejsning af titanlegeringer, stort set uklare. For at afhjælpe denne videnskløft anvender denne undersøgelse lasersvejseeksperimenter med variabel-parameter til at karakterisere den typiske mikrostruktur af svejsesømme og de tilhørende plasmaspektrale funktioner. Baseret på disse spektrale signaler etableres en online kvantificeringsmetode for svejsegennemtrængning for at undersøge de iboende sammenhænge mellem penetrationsstabilitet, revnefølsomhed og svejseparametre. Efterfølgende implementeres en spektrum-drevet model-fri controller for at opnå svejsning af høj-kvalitet, mens de mekaniske egenskaber og svejsedannelseskvaliteten af de resulterende samlinger evalueres grundigt. Denne forskning giver både teoretisk og eksperimentel støtte til realiseringen af{20}}højtydende lasersvejsning til titanlegeringer.
02 Fuld tekstoversigt: Denne artikel behandler kritiske udfordringer i pulserende lasersvejsning af titanlegeringer-specifikt, vanskeligheden ved online smeltebassindybdedetektion, smeltebassindybdens modtagelighed for udsving forårsaget af varierende varmeafledningsforhold og den utilstrækkelige præcision af traditionelle kontrolmetoder. Ved at bruge spektral diagnostik og model-fri adaptiv kontrol som vigtige tekniske tilgange, undersøger denne undersøgelse onlinedetektion og lukket-sløjfekontrol af smeltebassinets dybde. Artiklen etablerer en eksperimentel platform for plasmaspektrumopsamling og pulserende lasersvejsning; gennem en række svejseeksperimenter med variabel-hastighed opnår den tilsvarende data, der forbinder spektrale signaler til smeltebassindybder. Den sammenligner effektiviteten af dimensionsreduktionsteknikker-såsom t-SNE og UMAP-ved at udtrække spektrale træk og konstruerer et BP neuralt netværk for at forudsige smeltebassinets dybde. Samtidigt vælges det spektrale intensitetsforhold R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) som en karakteristisk parameter; baseret på en Hammerstein-model og partikelsværmoptimering identificeres systemets dynamiske karakteristika, og en model-fri adaptiv controller er designet til at opnå stabil kontrol over smeltebassinets dybde. Resultaterne viser, at spektrale træk behandlet via UMAP-dimensionalitetsreduktion giver den højeste forudsigelsesnøjagtighed (R²=0.982), og at det spektrale intensitetsforhold R3 udviser en signifikant negativ korrelation med smeltebassinets dybde, hvilket muliggør realtidskarakterisering af dybden. Den designede MFAC-controller har en hurtig afbindingstid og minimal overskydning; under forhold med varierende varmeafledning opretholdt 87,3% af svejsesømmene en stabil smeltebassindybde inden for området 2,20 ± 0,15 mm med en standardafvigelse på kun 0,0986. Denne forskning opnår med succes online-detektering og stabil kontrol af smeltebassinets dybde ved lasersvejsning af titanlegeringer, hvilket giver en effektiv metode til præcis regulering af svejsekvalitet i komplekse komponenter inden for rumfartssektoren.
03 Illustreret analyse: Figur 1 viser en visualisering af den spektrale dataopsamling og numerisk simulering af den pulserende lasersvejseproces. Den illustrerer intensitetsvariationskurverne for den karakteristiske spektrallinje Ti I 503.995 nm ved forskellige svejsehastigheder, samt udviklingen af temperaturfeltet inden for svejsezonen under pulserende laserbestråling. Resultaterne indikerer, at den spektrale intensitet udviser et ikke-lineært forhold til svejsehastigheden. Efterhånden som svejsehastigheden stiger, falder varmetilførslen-, hvilket fører til en reduktion i exciterede plasmapartikler-, og spektrallinjens intensitet falder i starten. Men efterhånden som hastigheden øges yderligere, øges forholdet mellem dybde-til-bredde af svejsningen; følgelig flytter signalopsamlingspunktet sig tættere på plasmaets kerne, hvilket får den spektrale intensitet til efterfølgende at stige.
Figur 2 viser en skematisk illustration af svejsegennemtrængningsdybdeudtrækningsprocessen. Den demonstrerer metoden anvendt på titanlegeringssvejsninger efter pulseret lasersvejsning-omfattende forberedelse af langsgående metallografiske-tværsnit, gråtonetransformation, binarisering og kantudvinding-og derved tydeligt adskiller basismetallet fra svejsesmeltezonen, præcist identifikation af den automatiske og endente grænse. måling og kalibrering af indtrængningsdybdeværdierne.
Figur 2 viser en skematisk illustration af svejsegennemtrængningsdybdeudtrækningsprocessen. Den demonstrerer metoden anvendt på titanlegeringssvejsninger efter pulseret lasersvejsning-omfattende forberedelse af langsgående metallografiske-tværsnit, gråtonetransformation, binarisering og kantudvinding-og derved tydeligt adskiller basismetallet fra svejsesmeltezonen, præcist identifikation af den automatiske og endente grænse. måling og kalibrering af indtrængningsdybdeværdierne.
Figur 3 viser et korrelationskoefficientkort for data behandlet ved hjælp af forskellige metoder, der illustrerer størrelsen af korrelationskoefficienterne mellem smeltedybden og de funktioner, der udvindes af tre forskellige tilgange: t-SNE-dimensionalitetsreduktion, UMAP-dimensionalitetsreduktion og det spektrale intensitetsforhold R3. Resultaterne indikerer, at det spektrale intensitetsforhold R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) udviser den højeste korrelation med smeltedybden og når en koefficient på -0.886-en ydeevne, der er væsentligt overlegen i forhold til de to ikke-lineære dimensionsreduktionsmetoder{9}}AP. Dette viser, at det spektrale intensitetsforhold er det mest følsomme over for variationer i smeltedybden og har den stærkeste karakteriseringsevne; den fungerer således som en kernefunktion til online-detektion og modelfri adaptiv kontrol af smeltedybden.
03 Resumé: Denne artikel behandler udfordringerne ved smeltebassindybdesvingninger og onlinedetektion i pulserende lasersvejsning af titanlegeringer, og undersøger online smeltebassindybdedetektion og model-fri adaptiv kontrol baseret på spektroskopisk diagnostik. Ved at indhente plasmaemissionsspektre og sammenligne karakteriseringseffektiviteten af funktioner afledt af t-SNE- og UMAP-dimensionalitetsreduktion med spektrale intensitetsforhold, blev det opdaget, at intensitetsforholdet R3 (Ti I 503.995 nm / Ti I 586.919 nm) udviser en{7} stærk korrelation korrelationskoefficient på -0,886-, hvilket muliggør præcis karakterisering. Baseret på denne spektrale funktion blev der konstrueret et model-frit adaptivt kontrolsystem, der bruger en kombination af Hammerstein-modellen og partikelsværmoptimeringsalgoritmen for at opnå parameteroptimering. Både simulerings- og eksperimentelle resultater viser, at kontrolsystemet har hurtig respons og minimal overskridelse; desuden, selv under varierende varmeafledningsforhold, opretholder den med succes smeltebassinets dybde på 87,3 % af svejsesømmene inden for et stabilt område på 2,20 ± 0,15 mm. Denne undersøgelse realiserer realtidsovervågning og stabil kontrol af smeltebassinets dybde i titanlegeringslasersvejsning, hvilket giver en effektiv teknisk løsning til regulering af lukket sløjfe af svejsekvalitet i avanceret udstyrsfremstilling.
