超薄板(板厚在100μm及以下)由于其对热输入非常敏感而造成在焊接过程中极易出现烧穿和变形的缺陷,这些缺陷的产生,与热输入作用下的超薄板焊接熔池的振荡过程密切相关。焊接熔池振荡是焊接过程中母材受热熔化所形成的液态熔池发生周期性波动的现象,包含了熔池固有振荡以及受外力影响产生的诱发振荡,其中熔池的固有振荡与熔池的尺寸具有直接关系,即与材料特性相关,而熔池的诱发振荡与焊接过程的外力(机械振动、脉冲电弧力等)的作用相关。熔池振荡过程包含熔池形貌、熔池的动态流动过程、母材熔透状态等大量的特征信息,对其研究具有非常重要的意义。超薄板焊接由于受到母材板厚的限制,熔池的振幅非常微弱,很难通过肉眼观察到熔池的波动;且由于超薄板焊接中受到焊枪位置的限制和电弧光的强烈干扰,想要直观地检测到超薄板焊接熔池的振荡非常困难;同时,在脉冲下的超薄板微束等离子弧焊(P-MPAW)熔池振荡又对其检测提出了特殊的要求。因此,研究寻找适合于超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡的方法,并全面深入基于检测的超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池振荡特征,以减小超薄板(板厚在100μm及以下)在焊接过程中极易出现的烧穿和变形缺陷,具有非常重要的意义。本研究首先对100μm板厚304不锈钢超薄板进行了P-MPAW工艺和成形研究,通过脉冲电流的4个参数(峰值电流、基值电流、占空比、频率)的不同匹配,细致调节了对100μm板厚304不锈钢超薄板进行焊接的热输入,成功避免了超薄板焊接过程中的烧穿和变形缺陷的出现,实现了超薄板焊接的单面焊双面成形。研究表明:100μm板厚304不锈钢超薄板P-MPAW在焊接电流为1.8 A、焊接速度为4.2 mm/s、焊炬高度为2 mm以及离子气流量和保护气流量分别为0.5 L/min和3.5 L/min工艺条件下,可以得到熔池不连续、熔池连续不等宽、熔池重容、鱼鳞状以及连续熔池这五种单面焊双面成形。其中,脉冲频率对焊缝成形的影响最大,随着脉冲频率的增大,焊缝形貌的变化呈现出,从焊缝熔池不连续到连续不等宽,到熔池重熔,再到鱼鳞纹状,最后到连续熔池的变化趋势。其次,本文研究提出了基于电弧电压、基于熔池表面反射光以及基于视觉传感的这三种超薄板P-MPAW熔池振荡的检测方法,基于这三种方法对超薄板P-MPAW的熔池振荡进行了实时检测。研究表明:(1)基于电弧电压的超薄板P-MPAW熔池振荡的检测,可实现超薄板P-MPAW熔池实时检测,所采集到的弧压信号噪声小,质量良好;(2)基于熔池表面反射光的超薄板P-MPAW熔池振荡的检测,很好地利用了激光的光学放大作用,使得原本微弱的熔池振荡得到放大,成功实现超薄板P-MPAW熔池振荡的实时检测;(3)基于视觉传感的超薄板P-MPAW熔池振荡的检测,是对熔池进行检测最为直观的方式,熔池图像进行形态学处理后获得了熔池的面积、边界以及径长等特征信息,通过熔池各特征信息的动态变化对超薄板P-MPAW熔池的振荡波动性和波纹性特征进行了研究。最后,通过滤波降噪、时频分析信息处理技术,成功提取了由基于电弧电压、基于熔池表面反射光、基于视觉传感这三种检测方法获得的超薄板P-MPAW熔池振荡特征信息。在此基础上,进一步深入研究了脉冲参数对超薄板P-MPAW熔池振荡的影响机制。研究表明:(1)基于弧压检测所得到的熔池振荡特征表现为:在相同占空比和脉冲频率下,熔池固有振荡频率随基值电流和峰值电流之间的差异减小而减小;熔池固有振荡频率随脉冲频率的增加而增加,但在高频条件下这种固有振荡频率随脉冲频率增加而增加的趋势变缓,且熔池最高振荡频率都不会超过300 Hz;(2)基于熔池表面反射光检测所得到的熔池固有振荡特征随脉冲参数的变化规律与基于弧压检测所得到的熔池固有振荡特征随脉冲参数的变化规律基本相同。但由于干扰因素的存在,基于这两种检测方法所得到的超薄板P-MPAW熔池振荡的特征信息都存在误差;(3)基于视觉传感检测所得到的的超薄板P-MPAW熔池振荡的振荡幅度随着脉冲频率增大而减小;在占空比和基值电流/峰值电流保持不变时,随着脉冲频率的增大,熔池振荡波纹第一波段与熔池边界的距离会随之减,第一波段的宽度也会随之减小,第一波段的灰度值会随之增大。