Controlling full penetration in MAG welding by the application of infrared thermography and neural network

Abstract

In this study, an infrared thermography based sensor was studied with regard to usability and the accuracy of sensor data as a weld penetration signal in gas metal arc welding. The object of the study was to evaluate a specific sensor type which measures thermography from solidified weld surface. The purpose of the study was to provide expert data for developing a sensor system in adaptive metal active gas (MAG) welding. Welding experiments with considered process variables and recorded thermal profiles were saved to a database for further analysis. To perform the analysis within a reasonable amount of experiments, the process parameter variables were gradually altered by at least 10 %. Later, the effects of process variables on weld penetration and thermography itself were considered. SFS-EN ISO 5817 standard (2014) was applied for classifying the quality of the experiments. As a final step, a neural network was taught based on the experiments. The experiments show that the studied thermography sensor and the neural network can be used for controlling full penetration though they have minor limitations, which are presented in results and discussion. The results are consistent with previous studies and experiments found in the literature.

Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin infrapuna-termografiaan perustuvan anturin käyttökelpoisuutta läpihitsautuvuuden hallinnassa. Tutkimuksen tarkoitus oli tuottaa asiantuntijadataa adaptiivisen itsesäätyvän hitsausjärjestelmän kehittämisen pilottihanketta varten. Kokeet suoritettiin päittäisliitoksena V-railotyypille robotisoidulla metallikaasukaarihitsauksella. Hitsauskokeiden muuttuvia hitsausparametreja varioitiin vähintään 10 % kerrallaan, jotta tulosten analysointi onnistui järkevällä koemäärällä. Kokeiden aikana hitsausparametrit ja termografiadata tallennettiin sähköisesti arviointia varten. Koehitsien laadun luokitteluun käytettiin SFS-EN ISO 5817 -standardia (2014). Hitsauskokeiden pohjalta opetettiin neuroverkko, jolla simuloitiin hitsausprosessin säätöä. Tutkimustuloksina havaittiin, että tutkittu infrapuna-termografia-anturi ja neuroverkko ovat käyttökelpoisia läpihitsautuvuuden anturoinnissa, vaikka myös rajoituksia, joista keskustellaan tuloksissa ja johtopäätöksissä, havaittiin. Tämän työn tutkimustulosten huomattiin olevan linjassa aiempien tieteellisten julkaisujen tulosten kanssa.