01 Makalah Pendahuluan: Karena kekuatan spesifiknya yang luar biasa tinggi, paduan titanium berfungsi sebagai bahan struktur penting dalam bidang penerbangan dan-manufaktur peralatan kelas atas. Namun, selama proses pengelasan laser, paduan ini rentan terhadap masalah seperti fluktuasi plasma, penetrasi las yang tidak stabil, dan keretakan panas. Baik pengelasan laser kontinu tradisional maupun pengelasan busur-laser hibrida tidak dapat secara andal mencapai pembentukan las stabil yang ditandai dengan presisi tinggi dan tingkat kerusakan rendah; lebih jauh lagi, sistem kontrol-loop tertutup konvensional kesulitan mengatasi keterbatasan terkait kurangnya respons-waktu nyata dan ketergantungan yang tinggi pada model proses tertentu. Model-pengelasan adaptif bebas-berdasarkan karakteristik spektral-telah muncul sebagai solusi yang menjanjikan terhadap tantangan ini, berkat kontrol masukan panas yang tepat dan respons regulasi yang cepat. Namun demikian, pola evolusi karakteristik spektral dan mekanisme respons dinamis yang mengatur penetrasi las selama pengelasan laser pada paduan titanium sebagian besar masih belum jelas. Untuk mengatasi kesenjangan pengetahuan ini, penelitian ini menggunakan eksperimen pengelasan laser -parameter variabel untuk mengkarakterisasi struktur mikro khas lapisan las dan fitur spektral plasma terkait. Berdasarkan sinyal spektral ini, metode kuantifikasi online untuk penetrasi las dibuat untuk menyelidiki korelasi intrinsik antara stabilitas penetrasi, kerentanan retak, dan parameter pengelasan. Selanjutnya, pengontrol bebas-model berbasis spektrum-diimplementasikan untuk mencapai pengelasan berkualitas tinggi, sementara sifat mekanik dan kualitas pembentukan las dari sambungan yang dihasilkan dievaluasi secara komprehensif. Penelitian ini memberikan dukungan teoritis dan eksperimental untuk realisasi pengelasan laser berperforma tinggi untuk paduan titanium.
02 Ikhtisar Teks Lengkap: Makalah ini membahas tantangan penting dalam pengelasan laser berdenyut paduan titanium-khususnya, kesulitan deteksi kedalaman kumpulan lelehan online, kerentanan kedalaman kumpulan lelehan terhadap fluktuasi yang disebabkan oleh berbagai kondisi pembuangan panas, dan kurangnya presisi metode kontrol tradisional. Memanfaatkan diagnostik spektral dan kontrol adaptif bebas model sebagai pendekatan teknis utama, penelitian ini menyelidiki deteksi online dan kontrol loop tertutup pada kedalaman kolam lelehan. Makalah ini menetapkan platform eksperimental untuk akuisisi spektrum plasma dan pengelasan laser berdenyut; melalui serangkaian eksperimen pengelasan kecepatan-variabel, ia memperoleh data terkait yang menghubungkan sinyal spektral ke kedalaman kolam leleh. Ini membandingkan kemanjuran teknik reduksi dimensi-seperti t-SNE dan UMAP-dalam mengekstraksi fitur spektral dan membangun jaringan saraf BP untuk memprediksi kedalaman kumpulan lelehan. Secara bersamaan, rasio intensitas spektral R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) dipilih sebagai parameter karakteristik; berdasarkan model Hammerstein dan Particle Swarm Optimization, karakteristik dinamis sistem diidentifikasi, dan pengontrol adaptif bebas model dirancang untuk mencapai kontrol yang stabil terhadap kedalaman kumpulan lelehan. Hasilnya menunjukkan bahwa fitur spektral yang diproses melalui reduksi dimensi UMAP menghasilkan akurasi prediksi tertinggi (R²=0.982), dan rasio intensitas spektral R3 menunjukkan korelasi negatif yang signifikan dengan kedalaman kumpulan lelehan, sehingga memungkinkan karakterisasi kedalaman secara real-time. Pengontrol MFAC yang dirancang memiliki waktu penyelesaian yang cepat dan overshoot yang minimal; dalam kondisi pembuangan panas yang bervariasi, 87,3% lapisan las mempertahankan kedalaman kumpulan lelehan yang stabil dalam kisaran 2,20 ± 0,15 mm, dengan deviasi standar hanya 0,0986. Penelitian ini berhasil mencapai deteksi online dan kontrol stabil kedalaman kolam lelehan dalam pengelasan laser paduan titanium, memberikan metodologi yang efektif untuk pengaturan kualitas pengelasan yang tepat pada komponen kompleks dalam sektor kedirgantaraan.
03 Analisis Bergambar: Gambar 1 menyajikan visualisasi akuisisi data spektral dan simulasi numerik dari proses pengelasan laser berdenyut. Ini menggambarkan kurva variasi intensitas garis spektral karakteristik Ti I 503,995 nm pada kecepatan pengelasan yang berbeda, serta evolusi medan suhu dalam zona pengelasan di bawah iradiasi laser berdenyut. Hasilnya menunjukkan bahwa intensitas spektral menunjukkan hubungan nonlinier dengan kecepatan pengelasan. Seiring dengan meningkatnya kecepatan pengelasan, masukan panas berkurang-yang menyebabkan berkurangnya partikel plasma tereksitasi-dan intensitas garis spektral pada awalnya menurun. Namun, seiring bertambahnya kecepatan, rasio kedalaman-terhadap-lebar las meningkat; akibatnya, titik perolehan sinyal bergeser lebih dekat ke inti plasma, menyebabkan intensitas spektral meningkat.
Gambar 2 menyajikan ilustrasi skema proses ekstraksi kedalaman penetrasi las. Ini mendemonstrasikan metodologi yang diterapkan pada pengelasan paduan titanium setelah pengelasan laser berdenyut-yang mencakup persiapan penampang melintang metalografi longitudinal, transformasi skala abu-abu, binarisasi, dan ekstraksi tepi-sehingga dengan jelas membedakan logam dasar dari zona fusi las, secara tepat mengidentifikasi batas kedalaman penetrasi, dan memungkinkan pengukuran otomatis dan kalibrasi nilai kedalaman penetrasi.
Gambar 2 menyajikan ilustrasi skema proses ekstraksi kedalaman penetrasi las. Ini mendemonstrasikan metodologi yang diterapkan pada pengelasan paduan titanium setelah pengelasan laser berdenyut-yang mencakup persiapan penampang melintang metalografi longitudinal, transformasi skala abu-abu, binarisasi, dan ekstraksi tepi-sehingga dengan jelas membedakan logam dasar dari zona fusi las, secara tepat mengidentifikasi batas kedalaman penetrasi, dan memungkinkan pengukuran otomatis dan kalibrasi nilai kedalaman penetrasi.
Gambar 3 menyajikan peta koefisien korelasi untuk data yang diproses menggunakan metode berbeda, yang mengilustrasikan besarnya koefisien korelasi antara kedalaman lelehan dan fitur yang diekstraksi dengan tiga pendekatan berbeda: pengurangan dimensi t-SNE, pengurangan dimensi UMAP, dan rasio intensitas spektral R3. Hasilnya menunjukkan bahwa rasio intensitas spektral R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) menunjukkan korelasi tertinggi dengan kedalaman lelehan, mencapai koefisien −0,886-kinerja yang jauh lebih unggul dibandingkan dua metode reduksi dimensi nonlinier, t-SNE dan UMAP. Hal ini menunjukkan bahwa rasio intensitas spektral adalah yang paling sensitif terhadap variasi kedalaman lelehan dan memiliki kemampuan karakterisasi yang paling kuat; oleh karena itu, ini berfungsi sebagai fitur inti untuk deteksi online dan kontrol adaptif kedalaman lelehan tanpa model.
03 Ringkasan: Mengatasi tantangan fluktuasi kedalaman kumpulan lelehan dan deteksi online dalam pengelasan laser berdenyut paduan titanium, makalah ini menyelidiki deteksi kedalaman kumpulan lelehan online dan memodelkan-kontrol adaptif gratis berdasarkan diagnostik spektroskopi. Dengan memperoleh spektrum emisi plasma dan membandingkan kemanjuran karakterisasi fitur yang berasal dari pengurangan dimensi t-SNE dan UMAP terhadap rasio intensitas spektral, ditemukan bahwa rasio intensitas R3 (Ti I 503,995 nm / Ti I 586,919 nm) menunjukkan korelasi yang kuat dengan kedalaman kolam lelehan-khususnya, koefisien korelasi sebesar -0,886-sehingga memungkinkan ketepatan karakterisasi. Berdasarkan fitur spektral ini, sistem kontrol adaptif bebas model dibangun, memanfaatkan kombinasi model Hammerstein dan algoritma Particle Swarm Optimization untuk mencapai optimasi parameter. Hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan bahwa sistem kontrol memiliki respons cepat dan overshoot minimal; lebih jauh lagi, bahkan dalam berbagai kondisi pembuangan panas, ia berhasil mempertahankan kedalaman lelehan sebesar 87,3% lapisan las dalam kisaran stabil 2,20 ± 0,15 mm. Studi ini mewujudkan pemantauan-waktu nyata dan kontrol stabil kedalaman kolam lelehan dalam pengelasan laser paduan titanium, sehingga memberikan solusi teknis yang efektif untuk regulasi loop tertutup kualitas pengelasan pada manufaktur peralatan kelas atas.
