01 Introducció al document: a causa de la seva resistència específica excepcionalment alta, els aliatges de titani serveixen com a materials estructurals crítics en els camps de l'aviació i la fabricació d'equips de gamma alta-. Tanmateix, durant el procés de soldadura per làser, aquests aliatges són propensos a problemes com les fluctuacions del plasma, la penetració inestable de la soldadura i l'esquerdament en calent. Ni la soldadura làser tradicional contínua ni la soldadura híbrida làser d'arc-poden aconseguir de manera fiable una formació de soldadura estable caracteritzada per una alta precisió i baixes taxes de defectes; a més, els sistemes de control de bucle tancat-convencionals lluiten per superar les limitacions relacionades amb la resposta insuficient en temps real- i la gran dependència de models de procés específics. El model de-soldadura adaptativa lliure-basada en característiques espectrals-s'ha convertit en una solució prometedora a aquests reptes, a causa del seu control precís d'entrada de calor i la seva ràpida resposta reguladora. No obstant això, els patrons evolutius de les característiques espectrals i els mecanismes de resposta dinàmica que regeixen la penetració de la soldadura durant la soldadura per làser d'aliatges de titani segueixen sent molt poc clars. Per abordar aquest buit de coneixement, aquest estudi utilitza experiments de soldadura làser de paràmetres variables-per caracteritzar la microestructura típica de les costures de soldadura i les característiques espectrals del plasma associades. A partir d'aquests senyals espectrals, s'estableix un mètode de quantificació en línia per a la penetració de soldadura per investigar les correlacions intrínseques entre l'estabilitat de la penetració, la susceptibilitat a l'esquerda i els paràmetres de soldadura. Posteriorment, s'implementa un controlador lliure de-model-de l'espectre per aconseguir una soldadura d'alta-qualitat, mentre que s'avaluen exhaustivament les propietats mecàniques i la qualitat de la formació de soldadura de les unions resultants. Aquesta investigació proporciona suport tant teòric com experimental per a la realització de-soldadura làser d'alt rendiment per a aliatges de titani.
02 Visió general del text complet: aquest document aborda els reptes crítics de la soldadura per làser polsada d'aliatges de titani-específicament, la dificultat de la detecció en línia de la profunditat de la piscina de fosa, la susceptibilitat de la profunditat de la piscina de fosa a les fluctuacions causades per condicions variables de dissipació de calor i la precisió insuficient dels mètodes de control tradicionals. Utilitzant diagnòstics espectrals i control adaptatiu lliure de models-com a enfocaments tècnics clau, aquest estudi investiga la detecció en línia i el control de bucle-tancat de la profunditat de la piscina de fusió. El document estableix una plataforma experimental per a l'adquisició d'espectre de plasma i la soldadura per làser polsat; mitjançant una sèrie d'experiments de soldadura a velocitat variable-, adquireix les dades corresponents que uneixen els senyals espectrals a les profunditats de la piscina de fusió. Compara l'eficàcia de tècniques de reducció de la dimensionalitat-com ara t-SNE i UMAP-en l'extracció de característiques espectrals i construeix una xarxa neuronal de BP per predir la profunditat de la piscina de fusió. Simultàniament, es selecciona la relació d'intensitat espectral R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) com a paràmetre característic; basat en un model de Hammerstein i en l'optimització de l'eixam de partícules, s'identifiquen les característiques dinàmiques del sistema i s'ha dissenyat un controlador adaptatiu lliure de model-per aconseguir un control estable de la profunditat de la piscina de fosa. Els resultats demostren que les característiques espectrals processades mitjançant la reducció de la dimensionalitat UMAP proporcionen la major precisió de predicció (R²=0.982) i que la relació d'intensitat espectral R3 presenta una correlació negativa significativa amb la profunditat de la piscina de fusió, permetent així la caracterització de la profunditat en -en temps real. El controlador MFAC dissenyat compta amb un temps d'assentament ràpid i un sobrepassament mínim; en condicions de dissipació de calor variable, el 87,3% de les soldadures van mantenir una profunditat estable del grup de fosa dins del rang de 2,20 ± 0,15 mm, amb una desviació estàndard de només 0,0986. Aquesta investigació aconsegueix amb èxit la detecció en línia i el control estable de la profunditat del pool de fosa en la soldadura làser d'aliatges de titani, proporcionant una metodologia eficaç per a la regulació precisa de la qualitat de la soldadura en components complexos dins del sector aeroespacial.
03 Anàlisi il·lustrada: La figura 1 presenta una visualització de l'adquisició de dades espectrals i simulació numèrica del procés de soldadura per làser polsat. Il·lustra les corbes de variació d'intensitat de la línia espectral característica Ti I 503,995 nm a diferents velocitats de soldadura, així com l'evolució del camp de temperatura dins de la zona de soldadura sota irradiació làser polsada. Els resultats indiquen que la intensitat espectral presenta una relació no lineal amb la velocitat de soldadura. A mesura que augmenta la velocitat de soldadura, l'entrada de calor disminueix-provocant una reducció de les partícules de plasma excitades-i la intensitat de la línia espectral disminueix inicialment. Tanmateix, a mesura que s'incrementa encara més la velocitat, augmenta la proporció de profunditat-a-amplada de la soldadura; en conseqüència, el punt d'adquisició del senyal s'acosta més al nucli del plasma, fent que la intensitat espectral augmenti posteriorment.
La figura 2 presenta una il·lustració esquemàtica del procés d'extracció de la profunditat de penetració de la soldadura. Demostra la metodologia aplicada a les soldadures d'aliatge de titani després de la soldadura per làser polsat-que inclou la preparació de seccions transversals metal·logràfiques longitudinals-, la transformació en escala de grisos, la binarització i l'extracció de vores-, distingint així clarament el metall base de la zona de fusió de la soldadura, identificant amb precisió els límits de la mesura i el calibratge automàtic de la penetració i el límit de la penetració i el calibratge. valors de profunditat de penetració.
La figura 2 presenta una il·lustració esquemàtica del procés d'extracció de la profunditat de penetració de la soldadura. Demostra la metodologia aplicada a les soldadures d'aliatge de titani després de la soldadura per làser polsat-que inclou la preparació de seccions transversals metal·logràfiques longitudinals-, la transformació en escala de grisos, la binarització i l'extracció de vores-, distingint així clarament el metall base de la zona de fusió de la soldadura, identificant amb precisió els límits de la mesura i el calibratge automàtic de la penetració i el límit de la penetració i el calibratge. valors de profunditat de penetració.
La figura 3 presenta un mapa de coeficients de correlació per a dades processades mitjançant diferents mètodes, que il·lustra la magnitud dels coeficients de correlació entre la profunditat de fusió i les característiques extretes mitjançant tres enfocaments diferents: t-reducció de la dimensionalitat SNE, reducció de la dimensionalitat UMAP i la relació d'intensitat espectral R3. Els resultats indiquen que la relació d'intensitat espectral R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) presenta la correlació més alta amb la profunditat de fusió, assolint un coeficient de −0,886-un rendiment significativament superior al dels dos mètodes de reducció de dimensionalitat no lineal i UMA, tNE i UMA}P. Això demostra que la relació d'intensitat espectral és la més sensible a les variacions de la profunditat de fusió i posseeix la capacitat de caracterització més forta; per tant, serveix com a característica bàsica per a la detecció en línia i el control adaptatiu sense models de la profunditat de fusió.
03 Resum: abordant els reptes de la fluctuació de la profunditat de la piscina de fosa i la detecció en línia en la soldadura per làser polsada d'aliatges de titani, aquest article investiga la detecció en línia de la profunditat de la piscina de fosa i el control adaptatiu lliure de models-basat en diagnòstics espectroscòpics. Mitjançant l'adquisició d'espectres d'emissió de plasma i comparant l'eficàcia de caracterització de les característiques derivades de la reducció de la dimensionalitat t-SNE i UMAP en comparació amb les relacions d'intensitat espectral, es va descobrir que la relació d'intensitat R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) presenta una forta correlació correlació específica amb el grup de fusió. coeficient de -0,886-per tant, permet una caracterització precisa. A partir d'aquesta característica espectral, es va construir un model-sistema de control adaptatiu lliure, utilitzant una combinació del model Hammerstein i l'algoritme d'optimització de l'eixam de partícules per aconseguir l'optimització dels paràmetres. Tant la simulació com els resultats experimentals demostren que el sistema de control presenta una resposta ràpida i un mínim desbordament; a més, fins i tot en condicions variables de dissipació de calor, manté amb èxit la profunditat de la piscina de fosa del 87,3% de les soldadures dins d'un rang estable de 2,20 ± 0,15 mm. Aquest estudi realitza el seguiment-en temps real i el control estable de la profunditat de la piscina de fusió en la soldadura làser d'aliatge de titani, proporcionant una solució tècnica eficaç per a la regulació de bucle tancat de la qualitat de la soldadura en la fabricació d'equips de gamma alta.
