熔孔现象存在于打底焊中,是电弧充分熔化根部间隙的两侧坡口,在熔池前端形成一个宽度略大于根部间隙的半开放性孔洞,它的存在有利于直接观测到打底焊的熔透情况。经验丰富的焊工通过观测熔孔形态,实时调整焊枪姿态、焊接手法,控制熔孔形态,达到获得优质焊缝的目的。利用视觉传感器拍摄焊接区图像,对图像进行处理,可以获得丰富的熔孔动态信息,进而研究熔孔的动态行为,为实现单面焊双面成形打底焊的实时控制奠定基础。本文搭建了以焊接系统、双CMOS视觉检测系统和电机控制系统为核心的TIG焊试验平台。视觉检测系统控制两台CMOS相机同步拍摄TIG打底焊过程正背面熔孔图像。电机控制系统可以在线调节焊接速度和送丝速度等工艺参数。针对已采集的熔孔图像,分析了熔孔图像中不同区域灰度分布特征。基于溶孔边缘、间隙边缘和电弧区域分布特点,采用MATLAB工具箱设计了一套相适应的图像处理算法,获得了完整的熔孔-间隙边缘。依据小孔成像原理,标定了两台CMOS相机标定参数,设计了熔孔特征参数提取算法。开展恒定工艺参数6mm低碳钢TIG打底焊试验,研究了熔孔行为特征和其机理。研究发现,熔孔形成条件受填充金属量和电弧热-力影响,填充金属量越少、电弧热-力作用越强,熔孔越容易产生;熔孔失稳前,熔孔尺寸大且有向一侧偏心的趋势,采用正面熔孔宽度与间隙宽度的差值、熔孔中心偏移量更能够表征熔孔的稳定性。研究了主要工艺参数对熔孔尺寸的影响,发现熔孔尺寸与焊接电流、预留间隙呈正相关,与送丝速度呈负相关。开展动态工艺参数试验,研究了熔孔行为随动态工艺参数的变化特征,研究表明,焊接速度对熔孔的调控存在不确定性,而送丝速度对熔孔的调控明确,送丝速度与熔孔尺寸基本呈“线性”关系,可采用送丝速度作为在线调控熔孔的控制量。针对穿孔和未穿孔两类图像,分别采用HOG算法和熔孔图像中电弧特征参数,建立基于交叉验证和网格搜索的两种SVM熔孔形成预测模型。对比两种预测模型,发现基于电弧特征参数的SVM模型性能略好于HOG-SVM;但是在使用性上HOG-SVM模型能够准确的区分熔孔穿孔界限,更适用于熔孔形成预测模型的建立。针对熔孔失稳和熔孔存在的两类图像,建立HOG-SVM预测模型,有效的预测了熔孔失稳且预测模型能够提前“预警”,并分析了熔孔失稳界限附近熔孔图像的灰度特征变化。