01 Papīra ievads: to īpaši augstās īpatnējās stiprības dēļ titāna sakausējumi kalpo kā kritiski strukturāli materiāli aviācijas un augstākās klases iekārtu ražošanas jomās. Tomēr lāzermetināšanas procesā šie sakausējumi ir pakļauti tādām problēmām kā plazmas svārstības, nestabila metināšanas iespiešanās šuve un karstā plaisāšana. Ne tradicionālā nepārtrauktā lāzermetināšana, ne loka-lāzera hibrīda metināšana nevar droši nodrošināt stabilu metināšanas šuvju veidošanos, ko raksturo augsta precizitāte un zems defektu līmenis; turklāt tradicionālajām slēgtās{5}cilpas vadības sistēmām ir grūti pārvarēt ierobežojumus, kas saistīti ar nepietiekamu-reāllaika reaģētspēju un lielu paļaušanos uz konkrētiem procesa modeļiem. Modeļa-bezmaksas adaptīvā metināšana-, kuras pamatā ir spektrālie raksturlielumi-ir daudzsološs risinājums šīm problēmām, pateicoties tās precīzai siltuma ievades kontrolei un ātrai regulējuma reakcijai. Tomēr spektrālo īpašību evolūcijas modeļi un dinamiskās reakcijas mehānismi, kas regulē metināšanas iespiešanos titāna sakausējumu lāzermetināšanas laikā, joprojām ir neskaidri. Lai novērstu šo zināšanu trūkumu, šajā pētījumā tiek izmantoti mainīgu{13}}parametru lāzermetināšanas eksperimenti, lai raksturotu metināšanas šuvju tipisko mikrostruktūru un ar to saistītās plazmas spektrālās īpašības. Pamatojoties uz šiem spektrālajiem signāliem, ir izveidota tiešsaistes kvantitatīvas noteikšanas metode metinājuma caurlaidībai, lai izpētītu iekšējās korelācijas starp iespiešanās stabilitāti, plaisāšanas uzņēmību un metināšanas parametriem. Pēc tam tiek ieviests spektra -modelis{17}}bezvadītājs, lai panāktu augstas{{18}kvalitātes metināšanu, savukārt iegūto savienojumu mehāniskās īpašības un metināšanas šuvju veidošanās kvalitāte tiek visaptveroši novērtēta. Šis pētījums sniedz gan teorētisku, gan eksperimentālu atbalstu augstas veiktspējas{20}}lāzermetināšanai titāna sakausējumiem.
02 Pilns teksta pārskats: Šajā rakstā ir apskatītas kritiskās problēmas saistībā ar titāna sakausējumu impulsu lāzermetināšanu,{1}}konkrēti, grūtības tiešsaistē noteikt kausējuma baseina dziļumu, kausējuma baseina dziļuma jutīgums pret svārstībām, ko izraisa dažādi siltuma izkliedes apstākļi, un tradicionālo kontroles metožu nepietiekama precizitāte. Šajā pētījumā kā galvenās tehniskās pieejas tiek izmantota spektrālā diagnostika un modeļ{3}bezmaksas adaptīvā vadība, un tiek pētīta kausējuma baseina dziļuma noteikšana tiešsaistē un slēgta{4} cilpa kontrole. Darbā izveidota eksperimentāla platforma plazmas spektra iegūšanai un impulsu lāzermetināšanai; veicot virkni mainīga -ātruma metināšanas eksperimentu, tas iegūst atbilstošus datus, kas savieno spektrālos signālus ar kausējuma baseina dziļumiem. Tas salīdzina dimensiju samazināšanas metožu-, piemēram, t-SNE un UMAP-efektivitāti spektrālo pazīmju ieguvē, un konstruē BP neironu tīklu, lai prognozētu kušanas baseina dziļumu. Vienlaikus par raksturīgo parametru tiek izvēlēta spektrālās intensitātes attiecība R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm); pamatojoties uz Hammerstein modeli un daļiņu spieta optimizāciju, tiek identificēti sistēmas dinamiskie raksturlielumi, un bez modeļa{15}}adaptīvais kontrolieris ir izstrādāts, lai nodrošinātu stabilu kušanas baseina dziļuma kontroli. Rezultāti parāda, ka spektrālās pazīmes, kas apstrādātas, izmantojot UMAP izmēru samazināšanu, nodrošina visaugstāko prognozēšanas precizitāti (R²=0.982) un ka spektrālās intensitātes attiecībai R3 ir būtiska negatīva korelācija ar kušanas baseina dziļumu, tādējādi ļaujot reāllaikā raksturot dziļumu. Izstrādātajam MFAC kontrollerim ir ātrs nostādināšanas laiks un minimāls pārsniegums; mainīgas siltuma izkliedes apstākļos 87,3% metināšanas šuvju saglabāja stabilu kausējuma baseina dziļumu 2,20 ± 0,15 mm diapazonā ar standarta novirzi tikai 0,0986. Šis pētījums sekmīgi panāk tiešsaistes noteikšanu un stabilu kausējuma baseina dziļuma kontroli titāna sakausējumu lāzermetināšanā, nodrošinot efektīvu metodoloģiju precīzai metināšanas kvalitātes regulēšanai sarežģītos komponentos aviācijas un kosmosa nozarē.
03 Ilustrētā analīze: 1. attēlā parādīta spektrālo datu iegūšanas vizualizācija un impulsa lāzermetināšanas procesa skaitliskā simulācija. Tas ilustrē raksturīgās spektrālās līnijas Ti I 503,995 nm intensitātes variācijas līknes pie dažādiem metināšanas ātrumiem, kā arī temperatūras lauka attīstību metināšanas zonā zem impulsa lāzera apstarošanas. Rezultāti liecina, ka spektrālajai intensitātei ir nelineāra saistība ar metināšanas ātrumu. Palielinoties metināšanas ātrumam, siltuma padeve samazinās-, kā rezultātā samazinās ierosināto plazmas daļiņu daudzums-, un sākotnēji samazinās spektrālās līnijas intensitāte. Tomēr, palielinoties ātrumam, palielinās metinājuma šuves dziļuma -platuma attiecība pret{10}}; līdz ar to signāla iegūšanas punkts nobīdās tuvāk plazmas kodolam, izraisot spektrālās intensitātes pieaugumu.
2. attēlā parādīts shematisks metināšanas iespiešanās dziļuma ekstrakcijas procesa attēls. Tajā ir parādīta metodika, kas tiek izmantota titāna sakausējuma metinātām šuvēm pēc impulsa lāzermetināšanas-, kas ietver garenisko metalogrāfisko šķērsgriezumu sagatavošanu, pelēktoņu transformāciju, binarizāciju un malu ekstrakciju-, tādējādi skaidri nošķirot parasto metālu no metināšanas savienojuma robežas, automātisku mērīšanas un saplūšanas dziļuma identifikāciju, iespiešanās dziļuma vērtību kalibrēšana.
2. attēlā parādīts shematisks metināšanas iespiešanās dziļuma ekstrakcijas procesa attēls. Tajā ir parādīta metodika, kas tiek izmantota titāna sakausējuma metinātām šuvēm pēc impulsa lāzermetināšanas-, kas ietver garenisko metalogrāfisko šķērsgriezumu sagatavošanu, pelēktoņu transformāciju, binarizāciju un malu ekstrakciju-, tādējādi skaidri nošķirot parasto metālu no metināšanas savienojuma robežas, automātisku mērīšanas un saplūšanas dziļuma identifikāciju, iespiešanās dziļuma vērtību kalibrēšana.
3. attēlā ir parādīta korelācijas koeficientu karte datiem, kas apstrādāti, izmantojot dažādas metodes, ilustrējot korelācijas koeficientu lielumu starp kušanas dziļumu un pazīmēm, kas iegūtas, izmantojot trīs dažādas pieejas: t-SNE dimensijas samazināšanu, UMAP izmēru samazināšanu un spektrālās intensitātes attiecību R3. Rezultāti liecina, ka spektrālās intensitātes attiecībai R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) ir vislielākā korelācija ar kušanas dziļumu, sasniedzot koeficientu -0,886-, kas ir ievērojami labāka nekā divām nelineārām dimensiju samazināšanas metodēm, NE un {9UM}}. Tas parāda, ka spektrālās intensitātes attiecība ir visjutīgākā pret kušanas dziļuma izmaiņām un tai ir visspēcīgākā raksturošanas spēja; tādējādi tā kalpo kā galvenā funkcija tiešsaistes noteikšanai un kausēšanas dziļuma adaptīvajai kontrolei bez modeļa.
03 Kopsavilkums. Pievēršoties problēmām, kas saistītas ar kausējuma baseina dziļuma svārstībām un tiešsaistes noteikšanu titāna sakausējumu impulsa lāzermetināšanā, šajā rakstā ir pētīta kausējuma baseina dziļuma noteikšana tiešsaistē un modeļu -bezmaksas adaptīvā vadība, kuras pamatā ir spektroskopiskā diagnostika. Iegūstot plazmas emisijas spektrus un salīdzinot no t-SNE un UMAP dimensijas samazinājuma iegūto pazīmju raksturojuma efektivitāti ar spektrālās intensitātes attiecībām, tika atklāts, ka intensitātes attiecība R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919) ir spēcīga korelācija ar kopu nm. dziļums-konkrēti, korelācijas koeficients -0,886-, tādējādi nodrošinot precīzu raksturojumu. Pamatojoties uz šo spektrālo iezīmi, tika izveidota{17}bezmodeļa adaptīvā vadības sistēma, izmantojot Hammerstein modeļa un daļiņu spieta optimizācijas algoritma kombināciju, lai panāktu parametru optimizāciju. Gan simulācijas, gan eksperimentālie rezultāti parāda, ka vadības sistēmai ir ātra reakcija un minimāls pārsniegums; turklāt pat mainīgos siltuma izkliedes apstākļos tas veiksmīgi uztur kušanas baseina dziļumu 87,3% no metināšanas šuvēm stabilā diapazonā 2,20 ± 0,15 mm. Šis pētījums realizē reāllaika uzraudzību un stabilu kušanas baseina dziļuma kontroli titāna sakausējuma lāzermetināšanā, nodrošinot efektīvu tehnisko risinājumu metināšanas kvalitātes slēgtā cikla regulēšanai augstākās klases iekārtu ražošanā.
