袁飞 岳晨凯 黄勇 李晓鹏 王克鸿

摘要：以多层多道的熔化极气体保护电弧焊接过程为研究对象，以识别熔宽为目标，设置了不同的工艺实验，获得了不同熔宽下对应的电弧信号。对不同工艺条件下的电信号进行了时频特征分析，并利用变分模态分解（VMD）方法提取其时频特征值，结合支持向量机（SVM）模式识别算法对熔宽进行多分类，构建了不同工艺参数与熔宽的预测模型。经验证，预测精度达到98.611 1%。为焊接过程信息化和智能化发展奠定了较好的技术基础。

关键词：电弧;电信号;时频特征;熔宽;预测

中图分类号：TG444+.72      文献标志码：A      文章编号：1001-2003（2021）12-0016-08

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.12.04

0    前言

电弧作为应用广泛的焊接热源，涉及大量的热、力、声等物理特征信息，这些信息体现了电弧的动态行为特征，反映了焊缝成形特征[1]。研究不同工艺参数下的电信号特征，建立电信号特征与焊缝成形特征的关系，对于实现高精度、高灵敏的焊接质量闭环控制具有重要意义。

检测中采集到的信号不经过处理很难辨别其特征。时频分析方法结合了信号在时间域和频率域的特征信息，直观地描述了信号的频率随时间变化的关系，较传统信号统计学分析方法具有巨大优势。近年来，新型自适应时频分析方法——变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）的出现为复杂的信号提供了精确的处理手段[2-6]。湖南大学李梦君将VMD方法应用在碰撞信号的去噪上，效果明显优于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）方法。南京理工大学周晓晓等人[7]利用VMD分解铝合金双丝PMIG（Pulse Metal Inert Gas）焊接电弧等效电阻，计算分解分量奇异谱熵，以等效电阻VDM-奇异谱熵为特征评价铝合金双丝 PMIG焊焊接过程稳定性。……