01 Uvod v prispevek: Titanove zlitine zaradi svoje izjemno visoke specifične trdnosti služijo kot kritični strukturni materiali na področju letalstva in visoko{1}}proizvodnje opreme. Vendar pa so med postopkom laserskega varjenja te zlitine nagnjene k težavam, kot so nihanje plazme, nestabilna penetracija zvara in vroče razpoke. Niti tradicionalno neprekinjeno lasersko varjenje niti obločno-lasersko hibridno varjenje ne moreta zanesljivo doseči stabilne tvorbe zvara, za katero sta značilna visoka natančnost in nizka stopnja napak; poleg tega se običajni krmilni-sistemi z zaprto zanko trudijo premagati omejitve v zvezi z nezadostno-odzivnostjo v realnem času in velikim zanašanjem na specifične procesne modele. -Prilagodljivo varjenje brez modela-, ki temelji na spektralnih karakteristikah-, se je pokazalo kot obetavna rešitev za te izzive zaradi natančnega nadzora vnosa toplote in hitrega regulativnega odziva. Kljub temu ostajajo evolucijski vzorci spektralnih karakteristik in mehanizmi dinamičnega odziva, ki urejajo preboj zvara med laserskim varjenjem titanovih zlitin, večinoma nejasni. Ta študija obravnava to vrzel v znanju in uporablja poskuse laserskega varjenja s spremenljivimi{13}}parametri za karakterizacijo tipične mikrostrukture zvarov in z njimi povezanih spektralnih lastnosti plazme. Na podlagi teh spektralnih signalov je vzpostavljena spletna metoda kvantifikacije za penetracijo zvara, da bi raziskala intrinzične korelacije med stabilnostjo penetracije, dovzetnostjo za razpoke in varilnimi parametri. Nato je implementiran -kontroler brez-modela, ki ga poganja spekter, da se doseže visoko{18}}kakovostno varjenje, medtem ko so mehanske lastnosti in kakovost oblikovanja zvara nastalih spojev celovito ocenjeni. Ta raziskava zagotavlja tako teoretično kot eksperimentalno podporo za izvedbo visoko-zmogljivega laserskega varjenja titanovih zlitin.
02 Pregled celotnega besedila: ta članek obravnava kritične izzive pri impulznem laserskem varjenju titanovih zlitin-natančneje, težave pri spletnem zaznavanju globine bazena taline, dovzetnost globine bazena taline za nihanja, ki jih povzročajo različni pogoji odvajanja toplote, in nezadostno natančnost tradicionalnih kontrolnih metod. Ta študija z uporabo spektralne diagnostike in-prilagodljivega nadzora brez modela kot ključnih tehničnih pristopov raziskuje spletno zaznavanje in nadzor-zanke globine bazena taline. Prispevek vzpostavlja eksperimentalno platformo za zajem plazemskega spektra in pulzno lasersko varjenje; s serijo poskusov varjenja s spremenljivo-hitrostjo pridobi ustrezne podatke, ki povezujejo spektralne signale z globino bazena taline. Primerja učinkovitost tehnik zmanjševanja dimenzionalnosti,-kot sta t-SNE in UMAP-pri pridobivanju spektralnih značilnosti, in sestavlja nevronsko mrežo BP za napovedovanje globine bazena taline. Hkrati je kot karakteristični parameter izbrano razmerje spektralne intenzivnosti R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm); na podlagi Hammersteinovega modela in optimizacije roja delcev so identificirane dinamične značilnosti sistema, prilagodljivi krmilnik-brez modela pa je zasnovan za doseganje stabilnega nadzora globine bazena taline. Rezultati kažejo, da spektralne značilnosti, obdelane z zmanjšanjem dimenzionalnosti UMAP, zagotavljajo najvišjo natančnost napovedi (R²=0.982) in da razmerje spektralne intenzivnosti R3 kaže pomembno negativno korelacijo z globino bazena taline, kar omogoča-karakterizacijo globine v realnem času. Zasnovan krmilnik MFAC ima hiter čas umirjanja in minimalno prekoračitev; v pogojih spremenljivega odvajanja toplote je 87,3 % zvarov ohranilo stabilno globino bazena taline v območju 2,20 ± 0,15 mm, s standardnim odklonom le 0,0986. Ta raziskava uspešno dosega spletno zaznavanje in stabilno kontrolo globine bazena taline pri laserskem varjenju titanovih zlitin, kar zagotavlja učinkovito metodologijo za natančno regulacijo kakovosti varjenja v kompleksnih komponentah v letalskem in vesoljskem sektorju.
03 Ilustrirana analiza: Slika 1 predstavlja vizualizacijo zajemanja spektralnih podatkov in numerično simulacijo postopka impulznega laserskega varjenja. Ponazarja krivulje variacije intenzivnosti karakteristične spektralne črte Ti I 503,995 nm pri različnih hitrostih varjenja, kot tudi razvoj temperaturnega polja v območju zvara pod pulznim laserskim obsevanjem. Rezultati kažejo, da je spektralna intenzivnost nelinearna povezava s hitrostjo varjenja. Ko se hitrost varjenja poveča, se dovod toplote zmanjša-kar povzroči zmanjšanje vzbujenih delcev plazme-in intenzivnost spektralne črte na začetku upade. Ko pa se hitrost še poveča, se poveča razmerje med globino-in-širino zvara; posledično se točka zajema signala premakne bližje jedru plazme, zaradi česar se spektralna intenzivnost posledično poveča.
Slika 2 predstavlja shematski prikaz postopka ekstrakcije globine preboja zvara. Prikazuje metodologijo, ki se uporablja za zvare titanove zlitine po impulznem laserskem varjenju-ki zajema pripravo vzdolžnih metalografskih-prerezov, transformacijo v sivinah, binarizacijo in ekstrakcijo robov-s čimer se jasno razlikuje osnovna kovina od območja fuzije zvara, natančno določajo meje globine preboja in omogočajo samodejno merjenje in umerjanje vrednosti globine penetracije.
Slika 2 predstavlja shematski prikaz postopka ekstrakcije globine preboja zvara. Prikazuje metodologijo, ki se uporablja za zvare titanove zlitine po impulznem laserskem varjenju-ki zajema pripravo vzdolžnih metalografskih-prerezov, transformacijo v sivinah, binarizacijo in ekstrakcijo robov-s čimer se jasno razlikuje osnovna kovina od območja fuzije zvara, natančno določajo meje globine preboja in omogočajo samodejno merjenje in umerjanje vrednosti globine penetracije.
Slika 3 predstavlja zemljevid korelacijskih koeficientov za podatke, obdelane z različnimi metodami, ki ponazarja velikost korelacijskih koeficientov med globino taline in značilnostmi, ekstrahiranimi s tremi različnimi pristopi: zmanjšanjem dimenzionalnosti t-SNE, zmanjšanjem dimenzionalnosti UMAP in razmerjem spektralne intenzivnosti R3. Rezultati kažejo, da razmerje spektralne intenzivnosti R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) kaže najvišjo korelacijo z globino taline in doseže koeficient −0,886-, kar je bistveno boljše od delovanja dveh nelinearnih metod zmanjševanja dimenzij, t-SNE in UMAP. To dokazuje, da je razmerje spektralne intenzivnosti najbolj občutljivo na variacije v globini taline in ima najmočnejšo sposobnost karakterizacije; tako služi kot osrednja funkcija za spletno zaznavanje in prilagodljiv nadzor globine taline brez modela.
03 Povzetek: Ta članek obravnava izzive nihanja globine bazena taline in spletnega zaznavanja pri impulznem laserskem varjenju titanovih zlitin, raziskuje spletno zaznavanje globine bazena taline in model-brezplačno prilagodljivo krmiljenje na podlagi spektroskopske diagnostike. S pridobivanjem plazemskih emisijskih spektrov in primerjavo karakterizacijske učinkovitosti lastnosti, izpeljanih iz zmanjšanja dimenzij t-SNE in UMAP, z razmerji spektralne intenzivnosti je bilo ugotovljeno, da razmerje intenzivnosti R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) kaže močno korelacijo z talino bazena globina-natančneje, korelacijski koeficient -0,886-kar omogoča natančno karakterizacijo. Na podlagi te spektralne lastnosti je bil izdelan-brez modela prilagodljivi krmilni sistem, ki uporablja kombinacijo Hammersteinovega modela in algoritma za optimizacijo roja delcev za doseganje optimizacije parametrov. Tako simulacijski kot eksperimentalni rezultati kažejo, da ima krmilni sistem hiter odziv in minimalno prekoračitev; poleg tega tudi pri različnih pogojih odvajanja toplote uspešno vzdržuje globino bazena taline 87,3 % zvarnih šivov v stabilnem območju 2,20 ± 0,15 mm. Ta študija realizira-nadzor v realnem času in stabilen nadzor globine talilnega bazena pri laserskem varjenju titanove zlitine, kar zagotavlja učinkovito tehnično rešitev za regulacijo kakovosti varjenja v zaprti zanki pri proizvodnji vrhunske opreme.
