CN110328439A - 一种窄间隙焊枪及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于窄间隙焊接技术领域。为了解决采用常规窄间隙焊枪进行窄间隙焊接操作时,由于保护气体容易出现涡流而卷入空气导致焊接接头质量低的问题,本发明提出了一种窄间隙焊枪。该窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体,枪体包括焊前单元、焊接单元和焊后单元;其中焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道,焊接单元设有送丝通道和喷嘴,焊后单元设有第三保护气体通道;第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系,第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系,第三保护气体通道的出口指向焊缝设置。本发明的窄间隙焊枪,可以有效避免保护气体将空气卷入焊接区域,保证焊接接头质量。

Description

一种窄间隙焊枪及其制备方法
技术领域
本发明属于窄间隙焊接设备技术领域,具体涉及一种窄间隙焊枪及其制备方法。
背景技术
窄间隙焊接(narrow gap welding,NGW)主要是应用在厚板焊接,在焊接前,焊接接口位置不开坡口或者小角度坡口,并留有窄而深的间隙。采用熔化气体保护焊的方法将整条焊缝高效率焊接。窄间隙焊接具有以下优点:较窄的焊缝可以大幅度减少填充金属的用量,降低原材料成本;焊接热输入量低,热影响区较窄,焊接接头力学强度性能好;变形小,残余应力小,机械性能优良,形状易控制;生产效率高,当板厚为100mm时,窄间隙焊接比传统方法的埋弧焊生产效率高出50%,当板厚超过200mm时,窄间隙焊接比埋弧焊生产效率高出2.5倍。基于上述优点,使得窄间隙焊接技术受到各国焊接专家的高度关注,如今窄间隙焊接在制造业得到广泛应用。
然而,在实际窄间隙焊接操作的过程中发现,如果选用常规圆形结构的普通焊枪,则可能会由于枪体为圆柱形结构且直径尺寸过大而无法直达有效焊接位置,这样不仅导致保护气体在到达焊接位置前就出现发散,使气体保护效果大幅度降低,而且可能根本无法进行有效的窄间隙焊接操作;如果选用薄而高的常规窄间隙焊枪进行焊接操作,就可以利用扁平的枪体部分将保护气体有效输送至焊接位置,但却又发现位于焊接前端位置的高速保护气体与焊缝底部接触时极易形成涡流而将外界空气卷入,影响焊接接头的质量。
发明内容
为了解决采用常规窄间隙焊枪进行窄间隙焊接操作时,由于保护气体输出后容易形成涡流而卷入空气导致焊接接头质量差的问题,本发明提出了一种窄间隙焊枪。该窄间隙焊枪,包括平板型结构的枪体,所述枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元、焊接单元和焊后单元;其中,所述焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道,所述焊接单元设有送丝通道和喷嘴,所述焊后单元设有第三保护气体通道;所述第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系,所述第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系,所述第三保护气体通道的出口指向焊缝位置。
优选的,该窄间隙焊枪的枪体为分体式结构,所述焊前单元、所述焊接单元和所述焊后单元采用可拆卸式连接。
优选的,所述第三保护气体通道设有多个出口,并且沿焊接方向依次分布设置。
优选的,所述第三保护气体通道的出口截面积大于其进口截面积。
进一步优选的,所述第三保护气体通道的出口向焊后方向倾斜设置。
一种用于制备上述窄间隙焊枪的制备方法,其中采用激光选区熔化的方法对窄间隙焊枪的枪体部分进行制备,具体步骤如下:
步骤S1,进行枪体部分的三维结构设计,并且完成相应的切片工作和路径规划;
步骤S2,将步骤S1中获得的枪体三维结构导入至激光选区熔化设备中,并且完成对激光选区熔化设备的装粉、调平以及开启保护气体和激光器等准备工作;
步骤S3,根据步骤S1中指定的切片和路径规划,依次进行铺粉和激光扫描操作,完成对枪体结构的制备。
优选的,在所述步骤S3进行枪体的制备过程中,对制备过程进行质量检测和控制,其中针对单层激光选区熔化操作过程中的质量检测和控制步骤如下:
步骤S31,完成单层铺粉操作后,对铺粉区域进行图像采集,获取铺粉图像;
步骤S32,对获取的铺粉图像进行分析,获得铺粉图像范围内的不均匀铺粉面积;当不均匀铺粉面积低于设定值时,对铺设的粉末进行激光扫描处理,当不均匀铺粉面积等于或高于设定值时,对铺设的粉末进行铺粉修复处理,直至铺粉面积低于设定值为止;
步骤S33,对激光扫描粉末的过程进行声发射信号采集,并对声发射信号进行记录分析,获取激光扫描过程中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置,其中该扫描缺陷位置以时间和扫描轨迹作为参考进行坐标确定;
步骤S34,完成粉末的激光扫描操作后,对扫描区域进行图像采集,获取扫描图像,对扫描图像进行分析获取通过图像采集确定的扫描缺陷位置;
步骤S35,对步骤S33中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置和步骤S34中通过图像采集确定的扫描缺陷位置进行比对;当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围时,则进行下一层的铺粉操作,当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差在设定值范围以内时,则判定该位置存在激光扫描缺陷,对该位置进行修复和再检测处理,直至修复过程中没有通过声发射信号确定扫描缺陷位置或没有通过扫描图像确定扫描缺陷位置,再或者是通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围。
进一步优选的,在所述步骤S32中,首先采用threshold函数对获得的铺粉图像进行处理,使图像颜色被二值化,然后对图像中的像素进行计算,获得图像中黑色区域面积即为不均匀铺粉面积。
进一步优选的,在所述步骤S33中,首先以计算机数据处理为基础,以机器学习为建模工具,搭建适合声音信号分类的数学模型,然后利用数学建模对获取的声发射信号进行分析;
其中,采用快速傅里叶变换对不同频域段的声波幅值进行提取,将各频域段的平均幅值作为特征提取,同时采用小波分析方法对声发射信号进行过滤、分层以及能量熵特征提取,采用logistic回归,决策树,贝叶斯网络对信号的特征值层厚分类,以试验所得的“信号—层厚”信息作为机器学习数据,训练集不得低于200组,要求数据离散度大;在完成模型的数学建模后,再次采集声发射信号,将所采集到的声发射信号进行特征提取,转换成平均幅值和能量熵,并输入数学模型进行验证,数学模型最终结果采用加权投票的方式确定,若数学模型准确率高于90%以上方可使用该数学模型。
进一步优选的,在所述步骤S34中,首先采用threshold函数对获得的扫描图像进行处理,使图像颜色被二值化,然后对图像中的像素进行计算,获得图像中缺陷区域的面积、形状和坐标位置。
本发明的窄间隙焊枪与常规窄间隙焊枪相比较,具有以下有益效果:
1、在本发明的窄间隙焊枪中,通过在焊前单元的最前端位置设置指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系的第一保护气体通道进行焊前保护气体的输出,这样利用第一保护气体通道输出的焊前保护气体可以形成气体隔膜,避免由第二保护气体通道输出的焊前保护气体形成涡流而卷入空气,从而有效解决了将空气卷入焊接区域的问题,达到了提高保护气体对焊接的保护效果以及由此获得的焊接接头质量。
2、在本发明的窄间隙焊抢中,通过将组成焊枪的焊前单元、焊接单元和焊后单元设计为分体式结构,不仅可以实现单个单元的标准化生产制造,降低制造成本,而且在使用过程中还可以对个别单元进行快速拆装更换,调整窄间隙焊枪的结构形式,从而满足不同工况的使用。
3、在本发明中,通过引入声信号缺陷检测方法和图像缺陷检测方法,实现了对铺粉和激光扫描过程中的远程实时缺陷检测,这样不仅在单层激光选区熔化操作过程中就能够及时发现缺陷问题并直接快速修复处理,避免制备过程中的缺陷问题被覆盖忽略而导致最终成型产品的质量不合格以及由此将整个产品报废处理的浪费问题,从而提高激光选区熔化操作的效率和质量保证,而且在激光扫描过程中,利用声信号缺陷检测方法和图像缺陷检测方法之间的比对验证,可以大大提高对缺陷的判断精度和效率,保证采用激光选区熔化方法进行窄间隙焊枪制备的效率和质量。
附图说明
图1为本实施例中窄间隙焊枪的枪体外形结构示意图;
图2为本实施例中窄间隙焊枪的枪体截面示意图;
图3为对本实施例中窄间隙焊枪进行保护气体流体力学气体轨迹线模拟获得的气体轨迹模拟示意图;
图4为对对比例1中窄间隙焊枪进行保护气体流体力学气体轨迹线模拟获得的气体轨迹模拟示意图;
图5为对本实施例中窄间隙焊枪的枪体进行制备的流程示意图;
图6为在本实施例中对单层铺粉和激光扫描过程进行质量检测和控制的流程示意图;
图7对铺粉操作后的铺粉层进行图像拍摄所获得的铺粉图像示意图;
图8为采用threshold函数对图7所示铺粉图像处理后获得的图像示意图;
图9为对激光扫描操作后的扫描层进行图像拍摄所获得的扫描图像示意图;
图10采用threshold函数对图9所示扫描图像处理后获得的图像示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。
结合图1和图2所示,本实施例的窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体,并且枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3。
焊前单元1设有用于同时引入焊前保护气体的第一保护气体通道11和第二保护气体通道12。其中,在本实施例中,采用共同的输入部分进行焊前保护气体的引入,而第一保护气体通道11和第二保护气体通道12则直接作为焊前保护气体的两个输出部分,这样就可以减少在焊前单元中对相同气体通道的重复设置,优化焊前单元的结构设计。焊接单元2中设有用于引入焊丝的送丝通道21和喷嘴22,并且喷嘴22通过螺纹连接的方式固定在送丝通道21的端部,以便于进行两者之间的快速拆装更换。焊后单元3则设有用于引入焊后保护气体的第三保护气体通道31。第一保护气体通道11的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系,第二保护气体通道12的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系,例如分布在40°~55°的范围内,第三保护气体通道31的出口指向焊缝方向。
借助SolidWorks软件对采用本实施例结构的窄间隙焊枪进行保护气体的流体力学气体轨迹模拟分析,获得如图3所示的气体轨迹线模拟示意图,同时采用相同的方法对对比例1中的窄间隙焊枪进行保护气体的流体力学气体轨迹模拟分析,并获得图4所示的气体轨迹线模拟示意图。其中,对比例1中窄间隙焊枪与本实施例中窄间隙焊枪的区别仅在于:对比例1中的窄间隙焊枪没有开设第一保护气体通道。
结合图3和图4所示,通过本实施例和对比例1之间的模拟分析比对可知,通过在焊枪最前端位置设置指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系的第一保护气体通道进行部分焊前保护气体的输出,可以直接在焊枪的焊接前侧区域形成一个气体隔膜,用于隔离焊接前端的空气进入焊接区域,同时在第一保护气体通道输出焊前保护气体的气压力作用下,可以使第二保护气体通道输出的焊前保护气体全部流向焊后方向,从而避免第二保护气体通道输出的焊前保护气体在焊接区域形成涡流而卷入空气,有效解决将空气卷入焊接区域的问题,提高保护气体对焊接过程的保护作用,保证由此获得的焊接接头质量。
结合图1和图2所示,本实施例中窄间隙焊枪的枪体采用分体式结构设计,并且焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3之间分别采用可拆卸式连接。这样,不仅可以实现单个单元的标准化生产制造,降低制造成本,而且在使用过程中还可以对单个单元进行快速拆装更换,例如单独替换焊接单元从而实现对不同直径尺寸焊丝的输送,满足该焊枪在多种不同工况下的使用。
在本实施例中,焊前单元1和焊后单元3分别与焊接单元2进行绝缘连接,例如选用环氧树脂类胶粘剂进行粘固连接,这样可以同时实现三者之间的固定连接以及绝缘处理,从而避免焊接单元中存在的焊接电流扩散至焊前单元或焊后单元,而对焊接操作产生安全隐患。
在其他实施例中,根据设计要求,焊前单元和焊后单元还可以直接采用耐高温的绝缘材质进行加工制作,从根本上避免焊前单元和焊后单元的导电隐患,同样还可以直接选择耐高温塑料材质的滑槽进行焊前单元和焊后单元分别与焊接单元的插装连接,这样既便于拆装,也可以实现绝缘保护。
结合图2所示,在本实施例中,将第三保护气体通道31的出口设置为多出口形式,并且多个出口沿焊接方向依次分布设置。这样,可以将焊后保护气体输送至更长的焊缝表面,从而实现对更大区域内焊缝的焊后保护,保证焊接接头的质量。
此外,在本实施例中,还将第三保护气体通道31的出口截面积设置为大于其进口截面积,以此达到对焊后保护气体经过出口输出时产生降压减速的效果,避免速度过大产生射流现象而卷入空气,造成对焊缝成形质量的影响,从而保证焊接接头的质量。同理,在本实施例中,优选的将第一保护气体通道31的出口设计为射流结构,提高其对焊前保护气体的输出速度和压力,从而获得更好的隔离空气效果。
进一步优选的,将第三保护气体通道的出口设置为指向焊后方向的倾斜状态,即第三保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系。这样,在整体焊枪移动速度很小的情况下,通过使第三保护气体通道输出的焊后保护气体主动沿着焊缝的表面流向焊后方向,可以避免在焊后局部位置由于焊后气体垂直焊缝输出或沿焊前方向输出而出现气体紊乱导致空气混入的问题,避免由于焊后接头快速大量接触空气而影响焊接接头的质量。
结合图2所示,在本实施例窄间隙焊枪枪体的焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3中还分别设有第一冷却管道13、第二冷却管道23和第三冷却管道32,用于对不同单元进行冷却降温,维持整个焊枪的枪体工作温度。优选的,针对本实施例中焊前单元1、焊接单元2和焊后单元3均采用平板型结构的设计,将冷却管道设计为U形结构,以增加冷却管道在枪体内的分布区域面积,达到对整个枪体的降温、控温效果。其中,焊前单元1和焊后单元3中的冷却管道均穿过各自单元的底部区域以及与焊接单元2接触的区域,从而可以快速带走受热最严重的高温区域的热量,提高降温效率,同理,位于焊接单元2中的冷却管道则与送丝通道21保持平行设计,达到对焊接单元的最佳降温效果。
结合图5所示,在本实施例中,窄间隙焊抢的枪体部分全部采用金属材质并且选用激光选区熔化的方法进行制备,具体制备过程如下:
步骤S1,对组成枪体部分的焊前单元、焊后单元和焊接单元分别进行三维结构设计,并且完成相应的切片工作和路径规划。其中,可以借助上述进行保护气体的流体力学气体轨迹模拟分析中使用的SolidWorks软件进行三维结构的优化设计以及相应的切片和路径规划。
步骤S2,将步骤S1中获得的焊前单元、焊后单元和焊接单元的三维模型分别导入至金属激光选区熔化设备中,并且完成对金属激光选区熔化设备的装粉、调平以及开启保护气体和激光器等预先准备工作。
在本实施例中,焊前单元和焊后单元均选用316L奥氏体不锈钢+合金元素(1%Mo+0.1%V)的粉末材料进行打印制备,而焊接单元则选用青铜+合金元素(6%Al)的粉末材料进行打印制备,这样可以使整个枪体获得优良的导热导电性能,提高由此制备获得窄间隙焊枪的使用性能和使用寿命。
步骤S3,首先根据步骤S1中分别对焊前单元、焊后单元和焊接单元进行的切片和路径规划,依次进行铺粉和激光扫描操作,制备获得焊前单元、焊后单元和焊接单元,然后对制备获得的焊前单元、焊后单元和焊接单元进行固定连接,从而完成对枪体的制备。
在本实施例中,通过采用激光选区熔化的方法进行窄间隙焊枪的枪体制备,不仅可以根据设计要求,准确选取最佳材质粉末进行制备,使焊枪的材料性能可以获得极大提升,而且还可以实现对局部精细结构的准确加工制备,从而提升焊枪的结构性能。例如,在焊后单元的气体通道和冷却通道交接的局部位置处,就可以对分散的、小尺寸的锥型支撑进行制备加工,而不影响气体通道和冷却通道的正常制备,并最终获得提升焊后单元结构强度的效果。
结合图6所示,在采用激光选区熔化的方法进行上述窄间隙焊枪的枪体制备过程中,同时对制备过程进行质量检测和控制,以保证通过激光选区熔化方法获得焊枪枪体的质量。其中,对进行单层铺粉和激光扫描过程中的质量检测和控制步骤如下:
步骤S31,完成单层铺粉操作后,对铺粉区域进行图像采集,获取铺粉图像。
结合图7所示,当金属激光选区熔化成形设备的铺粉臂完成单层铺粉操作后,由图像采集设备,例如高速摄像机,对铺粉区域进行图像采集,获得如图7所示的铺粉图像,并将获得的铺粉图像传输至计算机进行后续处理。
步骤S32,对获取的铺粉图像进行分析,获得铺粉图像范围内的不均匀铺粉面积。当不均匀铺粉面积低于设定值时,表明该铺粉层满足铺粉质量要求,就可以直接对该铺粉层进行激光扫描处理;当不均匀铺粉面积等于或高于设定值时,则表明该铺粉层存在铺粉缺陷,需要对该铺粉层进行铺粉修复,直至该铺粉层的不均匀铺粉面积低于设定值为止。
结合图7和图8所示,在本实施例中,首先,采用threshold函数对获得的图7所示铺粉图像进行处理,使图像颜色被二值化,以黑白两种色值展现图像,从而获得与其对应的图8所示图像。接着,对图8所示图像中的像素进行计算得出黑白占比,从而获得图像中黑色区域面积即为不均匀铺粉面积。然后,根据不均匀铺粉面积的大小判定该铺粉层是否满足铺粉要求。其中,根据设计和制备要求,可以将所获取图像面积的20%作为设定值与不均匀铺粉面积进行大小比对,同样该设定值的大小是可以根据情况进行调整,以满足不同工况对铺粉质量的控制要求。
此外,在进行铺粉层修复时,首先对图像中的像素进行计算,准确获取缺陷区域面积、形状和位置范围等数据,然后根据该数据控制金属激光选区熔化成形设备中的铺粉臂进行动作,完成对铺粉缺陷区域的准确修复处理。
步骤S33,对激光扫描粉末过程进行声发射信号采集,并对声发射信号进行记录分析,获得激光扫描过程中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置,其中该扫描缺陷位置以时间和扫描轨迹作为参考进行坐标确定。
优选的,在本实施例中,首先以计算机数据处理为基础,以机器学习为建模工具,搭建适合声音信号分类的数学模型,然后再利用数学建模对获取的声发射信号进行分析。
其中,采用快速傅里叶变换对不同频域段的声波幅值进行提取,将各频域段的平均幅值作为特征提取,同时采用小波分析方法对声发射信号进行过滤、分层以及能量熵特征提取,采用logistic回归,决策树,贝叶斯网络对信号的特征值层厚分类,以试验所得的“信号—层厚”信息作为机器学习数据,训练集不得低于200组,要求数据离散度大。在完成模型的数学建模后,再次采集声发射信号,将所采集到的声发射信号进行特征提取,转换成平均幅值和能量熵,并输入至数学模型进行验证,数学模型最终结果采用加权投票的方式确定,若数学模型准确率高于90%以上方可使用该数学模型。
步骤S34,完成粉末的激光扫描操作后,对扫描区域进行图像采集,获取扫描图像,并对扫描图像进行分析获得通过扫描图像确定的扫描缺陷位置。
结合图9和图10所示,在本实施例中,首先,采用threshold函数对获得的图9所示扫描图像进行处理,使图像颜色被二值化,以黑白两种色值展现图像,获得如图10所示的图像。接着,对图10所示图像中的像素进行计算得出黑白占比,并且获得图像中缺陷区域的面积、形状和坐标位置。
步骤S35,对步骤S33中获得的扫描缺陷位置和步骤S34中获得的扫描缺陷位置进行比对分析,确定激光扫描的缺陷情况。其中,当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围时,则判定对该层铺设粉末的激光扫描符合要求,可以进行下一层的铺粉操作和激光扫描操作;当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差在设定值范围以内时,则判定该位置存在激光扫描缺陷,需要对该缺陷位置进行修复处理和再检测处理,直至修复过程中没有通过声发射信号确定扫描缺陷位置或没有通过扫描图像确定扫描缺陷位置,再或者是通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围。
在本实施中,通过引入声信号缺陷检测方法和图像缺陷检测方法,实现了对铺粉和激光扫描过程中的远程实时缺陷检测,这样不仅在单层激光选区熔化操作过程中就能够及时发现缺陷问题并直接快速修复处理,避免制备过程的缺陷问题被覆盖忽略而导致最终成型产品的质量不合格以及由此将整个产品报废处理的浪费问题,从而提高激光选区熔化操作的效率和质量保证,而且在激光扫描过程中,利用声信号缺陷检测方法和图像缺陷检测方法之间的相互比对验证,可以大大提高对缺陷的判断精度和效率,保证采用激光选区熔化方法制备窄间隙焊枪的效率和质量。

Claims (10)

1.一种窄间隙焊枪,其特征在于,该窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体,所述枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元、焊接单元和焊后单元;其中,所述焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道,所述焊接单元设有送丝通道和喷嘴,所述焊后单元设有第三保护气体通道;所述第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系,所述第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系,所述第三保护气体通道的出口指向焊缝位置。
2.根据权利要求1所述的窄间隙焊枪,其特征在于,该窄间隙焊枪的枪体为分体式结构,所述焊前单元、所述焊接单元和所述焊后单元采用可拆卸式连接。
3.根据权利要求1所述的窄间隙焊枪,其特征在于,所述第三保护气体通道设有多个出口,并且沿焊接方向依次分布设置。
4.根据权利要求3所述的窄间隙焊枪,其特征在于,所述第三保护气体通道的出口截面积大于其进口截面积。
5.根据权利要求4所述的窄间隙焊枪,其特征在于,所述第三保护气体通道的出口向焊后方向倾斜设置。
6.一种用于制备上述窄间隙焊枪的制备方法,其特征在于,采用激光选区熔化的方法对窄间隙焊枪的枪体部分进行制备,具体步骤如下:
步骤S1,进行枪体部分的三维结构设计,并且完成相应的切片工作和路径规划;
步骤S2,将步骤S1中获得的枪体三维结构导入至激光选区熔化设备中,并且完成对激光选区熔化设备的装粉、调平以及开启保护气体和激光器等准备工作;
步骤S3,根据步骤S1中指定的切片和路径规划,依次进行铺粉和激光扫描操作,完成对枪体结构的制备。
7.根据权利要求6所述的窄间隙焊枪制备方法,其特征在于,在所述步骤S3进行枪体的制备过程中,对制备过程进行质量检测和控制,其中针对单层激光选区熔化操作过程中的质量检测和控制步骤如下:
步骤S31,完成单层铺粉操作后,对铺粉区域进行图像采集,获取铺粉图像;
步骤S32,对获取的铺粉图像进行分析,获得铺粉图像范围内的不均匀铺粉面积;当不均匀铺粉面积低于设定值时,对铺设的粉末进行激光扫描处理,当不均匀铺粉面积等于或高于设定值时,对铺设的粉末进行铺粉修复处理,直至铺粉面积低于设定值为止;
步骤S33,对激光扫描粉末的过程进行声发射信号采集,并对声发射信号进行记录分析,获取激光扫描过程中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置,其中该扫描缺陷位置以时间和扫描轨迹作为参考进行坐标确定;
步骤S34,完成粉末的激光扫描操作后,对扫描区域进行图像采集,获取扫描图像,对扫描图像进行分析获取通过图像采集确定的扫描缺陷位置;
步骤S35,对步骤S33中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置和步骤S34中通过图像采集确定的扫描缺陷位置进行比对;当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围时,则进行下一层的铺粉操作,当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差在设定值范围以内时,则判定该位置存在激光扫描缺陷,对该位置进行修复和再检测处理,直至修复过程中没有通过声发射信号确定扫描缺陷位置或没有通过扫描图像确定扫描缺陷位置,再或者是通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围。
8.根据权利要求7所述的窄间隙焊枪制备方法,其特征在于,在所述步骤S32中,首先采用threshold函数对获得的铺粉图像进行处理,使图像颜色被二值化,然后对图像中的像素进行计算,获得图像中黑色区域面积即为不均匀铺粉面积。
9.根据权利要求7所述的窄间隙焊枪制备方法,其特征在于,在所述步骤S33中,首先以计算机数据处理为基础,以机器学习为建模工具,搭建适合声音信号分类的数学模型,然后利用数学建模对获取的声发射信号进行分析;
其中,采用快速傅里叶变换对不同频域段的声波幅值进行提取,将各频域段的平均幅值作为特征提取,同时采用小波分析方法对声发射信号进行过滤、分层以及能量熵特征提取,采用logistic回归,决策树,贝叶斯网络对信号的特征值层厚分类,以试验所得的“信号—层厚”信息作为机器学习数据,训练集不得低于200组,要求数据离散度大;在完成模型的数学建模后,再次采集声发射信号,将所采集到的声发射信号进行特征提取,转换成平均幅值和能量熵,并输入数学模型进行验证,数学模型最终结果采用加权投票的方式确定,若数学模型准确率高于90%以上方可使用该数学模型。
10.根据权利要求7所述的窄间隙焊枪制备方法,其特征在于,在所述步骤S34中,首先采用threshold函数对获得的扫描图像进行处理,使图像颜色被二值化,然后对图像中的像素进行计算,获得图像中缺陷区域的面积、形状和坐标位置。
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