随着焊接自动化与智能化水平不断提高,管道全位置自动焊被广泛应用于核电管道建设中,然而管道全位置焊接时由于装配误差、坡口加工精度及焊接热变形等因素影响,管道焊接质量难以保证。核电管道焊接质量要求高,背部焊道成型情况影响焊接接头质量,受制于技术水平及现场施工环境制约,管道内壁焊道成型情况难以直接观测。得益于视觉传感技术及人工智能技术的迅猛发展,本文针对管道焊接背部成型质量难以监测的问题,开展了核电管道内壁背面熔池及凝固焊道实时传感及信息处理等研究。本文基于核电主管道窄间隙TIG焊背面熔透情况实时监测的背景需求,开发了一整套管道内壁实时监测系统,包括随外部焊枪同步旋转的管道内壁行走机构,背面焊接熔池视觉传感器以及凝固焊道扫描传感系统,实现背面熔池及凝固焊道信息的实时采集与处理。首先,开展了核电管道全位置窄间隙脉冲TIG焊接工艺试验,采集全位置焊接背部熔池图像及凝固焊道轮廓数据。结合液态熔池受力情况,进行了不同焊接位置背部熔池形貌特征分析。其次,针对采集的背面凝固焊道轮廓点云数据,开发了轮廓特征点提取算法,可视化表征不同位置背面凝固焊道几何尺寸信息量。焊接前扫描仪扫描背面焊道装配情况,采用基于轮廓点X轴差值大小方法获取背面间隙和错边几何尺寸信息。焊接过程,采用基于焊道与母材基板差异开发焊道特征点提取算法实时获取凝固焊道轮廓几何特征尺寸信息。扫描结果处理表明,本文设计的凝固焊道特征提取算法精度较高,鲁棒性强,可准确表征背面凝固焊道几何特征信息。接着,采用高速CMOS相机实时获取核电管道全位置窄间隙脉冲TIG焊背面熔池图像信息。分析管道全位置焊接动态熔池图像不同位置的形貌特征,进一步开发了管道全位置焊接背面图像特征提取算法,利用大津法、混合高斯模型及卷积神经网络模型分割熔池区域,完成了背面熔池特征及几何尺寸信息处理和计算,并反馈至背面熔池实时监控主界面。最后,结合管道背部熔池图像及凝固焊道轮廓特征,讨论并分析了全位置焊接熔池受力情况,从机理层面分析了全位置管道焊接背面动态熔池形貌演化规律。结果表明,管道全位置窄间隙脉冲TIG焊的熔池重力是影响熔池形貌及尺寸的关键因素,背面凝固焊道成型取决于背面熔融金属累积量,全位置焊接时应注意克服重力影响,提高管道焊接质量。