熔池表面包含有足够多的能反映熔深或熔透的信息,获取这些信息最常用的方法是机器视觉方法,但是视觉的方法由于其系统的复杂而不适合于焊接现场应用。本文旨在开发一种简单的方法从焊接电信号中提取焊接熔池表面深度信息,同时将其与焊接熔深联系起来,并用于焊接熔深的实时控制。在脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)中,应用基于高速摄像机的视觉系统来采集熔池表面图像并计算熔池表面深度。该熔池表面深度测量算法利用相机的针孔模型求取焊丝末梢正下方熔池表面深度,算法简单,且算法精度足够用于熔深控制。设计了一系列不同参数的GMAW-P的焊接实验,以便将焊接熔池表面深度与焊接熔深、焊接现场容易测量的焊接电压信号联系起来。分析GMAW-P过程,不仅焊接电流、电压影响熔池表面深度和焊接熔深,同时送丝速度(WFS )和焊接行走速度(TS )也会影响熔池表面深度和焊接熔深。首先熔敷率被控制在常值C ,即WFS / TS=C。实验结果表明,焊接电流峰值期间熔池表面深度变化的均值越小,焊接熔深越大。将WFS / TS作为一个影响因素,焊接熔深可以表示成焊接电流峰值期间熔池表面深度变化的均值和WFS / TS的线性函数。熔池表面深度的变化和焊接电压的变化之间存在一定关系,因此,焊接电流峰值期间熔池表面深度变化的均值可以用焊接电流峰值期间焊接电压变化的均值替代来预测焊接熔深。建立了仅用焊接电压信号来预测熔深的模型,该模型具有足够的精度。由于焊接电压信号是焊接现场最容易得到的信号之一,因此该模型适于焊接现场应用,为在焊接现场监控焊接熔深提供了一种简单而又适宜的方案。在GMAW-P过程中,如果峰值期间焊接电压的变化被控制到一恒值附近,则焊接熔深也会达到一相应的恒值附近。因此,建立了一焊接熔深控制系统,峰值期间焊接电压的变化作为系统输出,基值时间作为系统输入。针对系统具有大时延且时延大小不确定、时变等特点,应用基于预测控制的自适应区间模型控制算法设计了一控制器,并用实际焊接实验验证了该控制算法的有效性。