基于自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统, 实现不锈钢光纤激光焊接过程中搭接间隙的监测。研究发现, 当激光搭接焊接过程中出现间隙时, 对焊缝的横截面形貌影响较大, 但小孔熔深几乎不受影响。但实时监测到的光信号时域幅值及时频域上频率的分布有着明显的变化。利用相关的信号处理方法对信号进行了初步分析, 阐述了搭接间隙对光信号的影响规律及机制, 同时也为分析搭接过程中等离子体和熔池的动态行为提供了依据。

为了识别激光焊接过程中间隙和错边缺陷, 采用自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统, 实现不锈钢焊接过程中等离子体可见光信号及熔池红外光信号的实时监测, 并利用滤波和短时傅里叶变换的信号处理方法对不同缺陷的光信号进行数据分析。得到了信号时域频域随焊接缺陷的变化规律, 当出现间隙缺陷时, 可见光信号时域幅值从1.5V降至0.2V, 1000Hz~4000Hz频率成分缺失, 红外光信号时域幅值由3.5V降至1.0V, 2000Hz~7000Hz频率成分缺失; 当出现错边缺陷时, 可见光信号时域幅值从2.0V降至0.5V, 红外光信号时域幅值由4.0V降至0.5V, 两者0Hz~1000Hz频率成分均缺失。结果表明, 可见光信号与红外光信号与激光焊接状态存在一定的相关性, 利用光信号的幅值与频率的变化可以有效地识别激光焊接过程中的缺陷。这对实际生产具有一定的应用价值。

基于主成分分析-支持向量机（PCA-SVM）模型，提出一种利用近红外辐射信号预测接头形貌的方法，研究了信号的变化规律与焊缝形貌之间的相关性，实现了工艺参数的优化。提取信号的6种时域特征参数并进行主成分分析，获得了接头形貌综合评定指标。根据信号的输入特征，利用支持向量机进行了分类预测。结果表明，近红外辐射信号能够反映焊接过程中焊缝状态的变化，不同缺陷的特征变化具有较大差异，且存在清晰的识别度。该预测模型能够准确识别焊缝成形形貌，准确率高达96.6%。