01 Papír Bevezetés: Kivételesen nagy fajlagos szilárdságuk miatt a titánötvözetek kritikus szerkezeti anyagokként szolgálnak a repülés és a csúcsminőségű{1}}berendezésgyártás területén. A lézeres hegesztési folyamat során azonban ezek az ötvözetek hajlamosak olyan problémákra, mint a plazma fluktuáció, instabil hegesztési behatolás és forró repedés. Sem a hagyományos folyamatos lézerhegesztéssel, sem az ív{4}}hibrid lézeres hegesztéssel nem lehet megbízhatóan elérni a nagy pontossággal és alacsony hibaaránnyal jellemezhető stabil varratképzést; továbbá a hagyományos zárt{5}hurkú vezérlőrendszerek nehezen tudják leküzdeni az elégtelen valós idejű reakciókészség-korlátait és az egyes folyamatmodellekre való erős ráhagyatkozást. A modell-ingyenes adaptív hegesztés,-spektrális jellemzőkön alapuló-ígéretes megoldásként jelent meg ezekre a kihívásokra, precíz hőbeviteli szabályozásának és gyors szabályozási reakciójának köszönhetően. Mindazonáltal a spektrális jellemzők evolúciós mintázata és a hegesztési varrat behatolását szabályozó dinamikus válaszmechanizmusok a titánötvözetek lézeres hegesztése során nagyrészt tisztázatlanok. Ezt a tudásbeli hiányosságot orvosolva ez a tanulmány változó -paraméteres lézeres hegesztési kísérleteket alkalmaz a hegesztési varratok tipikus mikroszerkezetének és a kapcsolódó plazmaspektrális jellemzőknek a jellemzésére. Ezekre a spektrális jelekre alapozva egy online kvantifikációs módszert hoztak létre a hegesztési penetrációra a behatolási stabilitás, a repedésérzékenység és a hegesztési paraméterek közötti belső összefüggések vizsgálatára. Ezt követően egy spektrum-vezérelt modell{17}}szabad vezérlőt valósítanak meg a kiváló minőségű hegesztés elérése érdekében, miközben átfogóan értékelik a kapott kötések mechanikai tulajdonságait és hegesztési minőségét. Ez a kutatás elméleti és kísérleti támogatást is nyújt a titánötvözetek nagy teljesítményű lézerhegesztésének{20}}megvalósításához.
02 Teljes szöveg áttekintése: Ez a cikk a titánötvözetek impulzusos lézerhegesztésének kritikus kihívásaival{1}} foglalkozik, konkrétan az olvadékmedence mélységének online észlelésének nehézségeivel, az olvadékmedence mélységének érzékenységével a változó hőelvezetési feltételek okozta ingadozásokkal és a hagyományos szabályozási módszerek elégtelen pontosságával. A spektrális diagnosztikát és a -modellmentes adaptív vezérlést kulcsfontosságú technikai megközelítésként használva ez a tanulmány az olvadékmedence mélységének online észlelését és zárt{4}}hurkú szabályozását vizsgálja. A dolgozat kísérleti platformot hoz létre a plazmaspektrum felvételéhez és az impulzuslézeres hegesztéshez; változó sebességű-hegesztési kísérletek során a spektrális jeleket az olvadékmedence mélységéhez köti a megfelelő adatokat. Összehasonlítja a dimenziócsökkentési technikák-, például a t-SNE és az UMAP-hatékonyságát a spektrális jellemzők kinyerésében, és egy BP neurális hálózatot hoz létre az olvadékmedence mélységének előrejelzésére. Ezzel egyidejűleg az R3 spektrális intenzitásarányt (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) választjuk jellemző paraméterként; a Hammerstein-modell és a Particle Swarm Optimization alapján azonosítják a rendszer dinamikus jellemzőit, és egy modellmentes adaptív vezérlőt terveztek az olvadékmedence mélységének stabil szabályozására. Az eredmények azt mutatják, hogy az UMAP dimenziócsökkentéssel feldolgozott spektrális jellemzők adják a legnagyobb előrejelzési pontosságot (R²=0.982), és hogy az R3 spektrális intenzitásarány szignifikáns negatív korrelációt mutat az olvadékmedence mélységével, ezáltal lehetővé téve a mélység valós idejű jellemzését. A tervezett MFAC vezérlő gyors beállási idővel és minimális túllövéssel rendelkezik; változó hőleadás körülményei között a hegesztési varratok 87,3%-a stabil olvadékmedence-mélységet tartott a 2,20 ± 0,15 mm tartományban, a szórással mindössze 0,0986. Ez a kutatás sikeresen valósítja meg az olvadékmedence mélységének online detektálását és stabil szabályozását titánötvözetek lézeres hegesztésénél, hatékony módszertant biztosítva a hegesztési minőség precíz szabályozására összetett alkatrészeknél a repülőgépiparban.
03 Illusztrált elemzés: Az 1. ábra a spektrális adatgyűjtést és az impulzuslézeres hegesztési folyamat numerikus szimulációját mutatja be. Bemutatja a Ti I 503,995 nm karakterisztikus spektrumvonal intenzitásváltozási görbéit különböző hegesztési sebességeknél, valamint a hegesztési zónán belüli hőmérsékleti mező alakulását pulzáló lézersugárzás hatására. Az eredmények azt mutatják, hogy a spektrális intenzitás nemlineáris kapcsolatot mutat a hegesztési sebességgel. A hegesztési sebesség növekedésével a hőbevitel csökken, -ami a gerjesztett plazmarészecskék-csökkenéséhez vezet, és kezdetben a spektrumvonal intenzitása csökken. A sebesség további növelésével azonban a hegesztési varrat mélységének -szélességéhez{10}}aránya növekszik; következésképpen a jelfelvételi pont közelebb tolódik a plazma magjához, ami a spektrális intenzitás későbbi emelkedését okozza.
A 2. ábra a hegesztési varrat behatolási mélységei kihúzási folyamatának vázlatos szemléltetését mutatja be. Bemutatja az impulzuslézeres hegesztést követő titánötvözet hegesztéseknél alkalmazott módszertant-, amely magában foglalja a hosszanti metallográfiai keresztmetszetek elkészítését, a szürkeárnyalatos transzformációt, a binarizálást és az élkivonást-, ezáltal egyértelműen megkülönbözteti az alapfémet a hegesztési fúziós zónától, a behatolási határértéket, a mérési mélységet és a fúziós zónát, pontosan azonosítva a behatolási mélység értékek kalibrálása.
A 2. ábra a hegesztési varrat behatolási mélységei kihúzási folyamatának vázlatos szemléltetését mutatja be. Bemutatja az impulzuslézeres hegesztést követő titánötvözet hegesztéseknél alkalmazott módszertant-, amely magában foglalja a hosszanti metallográfiai keresztmetszetek elkészítését, a szürkeárnyalatos transzformációt, a binarizálást és az élkivonást-, ezáltal egyértelműen megkülönbözteti az alapfémet a hegesztési fúziós zónától, a behatolási határértéket, a mérési mélységet és a fúziós zónát, pontosan azonosítva a behatolási mélység értékek kalibrálása.
A 3. ábra a különböző módszerekkel feldolgozott adatok korrelációs együtthatójának térképét mutatja be, bemutatva az olvadásmélység és a három különböző megközelítéssel kinyert jellemzők közötti korrelációs együtthatók nagyságát: t-SNE dimenziócsökkentés, UMAP dimenziócsökkentés és R3 spektrális intenzitásarány. Az eredmények azt mutatják, hogy az R3 spektrális intenzitásarány (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) mutatja a legmagasabb korrelációt az olvadékmélységgel, elérve a –0,886- együtthatót, ami lényegesen jobb, mint a két nemlineáris dimenziócsökkentő módszer, NE és NE {9UM}}. Ez azt mutatja, hogy a spektrális intenzitásarány a legérzékenyebb az olvadékmélység változásaira, és a legerősebb jellemzési képességgel rendelkezik; így az olvadékmélység online észlelésének és modellmentes adaptív szabályozásának alapvető funkciójaként szolgál.
03 Összefoglalás: A titánötvözetek impulzusos lézerhegesztésénél az olvadékmedence mélységének ingadozása és az online detektálás kihívásaival foglalkozva ez a cikk az online olvadékmedence mélységérzékelését és a spektroszkópiai diagnosztikán alapuló, ingyenes adaptív vezérlést{1}} vizsgálja. A plazma emissziós spektrumok felvételével és a t-SNE és UMAP dimenziócsökkentésből származó jellemzők jellemzési hatékonyságának összehasonlításával a spektrális intenzitásarányokkal kiderült, hogy az R3 intenzitásarány (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919) erősen korrelál a poolnm-rel. mélység-pontosan a -0,886-korrelációs együttható, amely lehetővé teszi a pontos jellemzést. Ezen spektrális jellemző alapján egy modellmentes adaptív vezérlőrendszert építettek fel, amely a Hammerstein-modell és a Particle Swarm Optimization algoritmus kombinációját használta a paraméterek optimalizálása érdekében. Mind a szimulációs, mind a kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a vezérlőrendszer gyors reagálással és minimális túllövéssel rendelkezik; továbbá még változó hőelvezetési feltételek mellett is sikeresen tartja a hegesztési varratok 87,3%-os olvadékmedence mélységét a 2,20 ± 0,15 mm-es stabil tartományban. Ez a tanulmány megvalósítja a titánötvözet lézeres hegesztésnél az olvadékmedence mélységének valós idejű nyomon követését és stabil szabályozását, hatékony műszaki megoldást kínálva a hegesztési minőség zárt hurkú szabályozására a csúcskategóriás berendezések gyártásában.
