基于OCR-SVM模型的K-TIG横焊变参数熔透识别技术学习体会

文献概况

本文发表于《焊接学报》2026年第47卷第1期，由华南理工大学机械与汽车工程学院赵时湛、石永华等人与中国国际海运集装箱（集团）股份有限公司许维冬合作完成，受国家重点研发计划项目（2023YFC2809800）等资助。研究聚焦匙孔非熔化极惰性气体钨极保护焊（K-TIG）在大型立式不锈钢储罐环焊缝横焊中的熔透状态实时调整问题，提出了基于光学字符识别与支持向量机（OCR-SVM）的熔透识别模型，系统研究了焊接电流与焊接速度变化对熔透状态及识别精度的影响。

核心观点与技术意义

K-TIG焊接最突出的优势在于不开坡口、单面焊双面成形，这一特性使其成为大型储罐环焊缝自动化焊接的理想工艺选择。然而，横焊位置带来的重力效应是长期制约该工艺应用的核心难题。在横焊工况下，熔池金属受重力作用向下流动，匙孔维持所需的力平衡被打破，导致熔透状态波动、焊缝成形不稳定甚至出现未熔合、烧穿等缺陷。该研究的价值在于：不仅揭示了变参数工况下熔透状态的变化规律，更重要的是构建了具有工程实用价值的在线识别模型，为横焊自动化控制提供了可靠的数据基础。

关键技术参数与工艺分析

变参数对熔透状态的影响

研究结果表明，焊接电流和焊接速度的变化均会直接影响K-TIG横焊的熔透状态，但二者的影响程度存在显著差异。焊接电流的变化对熔透状态的影响更为明显，这一发现具有明确的工程指导意义。

OCR-SVM熔透识别模型

该模型的核心思路是通过采集焊接过程中的熔池图像，提取熔池和匙孔的几何特征参数，利用OCR技术进行图像预处理和特征提取，再由SVM分类器判断熔透状态是否合格。在变电流工况下，模型识别准确率达到92.29%；在变速度工况下，识别准确率为91.50%。

熔池和匙孔的宽度与面积被确定为识别的关键几何特征。这一结论从焊接物理本质出发是合理的——匙孔宽度直接反映了匙孔的稳定性和熔透深度，熔池面积则综合反映了热输入分布和熔池流动状态。在横焊条件下，这两个参数对重力引起的熔池变形最为敏感，因此成为区分熔透与非熔透状态的最有效指标。

工程实践思考

从工程应用角度看，该研究具有以下值得深入思考的方面：

第一，识别准确率虽已达到90%以上，但在实际生产环境中，焊接飞溅、弧光干扰、保护气体吹拂等因素可能进一步影响图像质量。如何在恶劣工业环境下保持识别稳定性，是后续需要重点突破的课题。

第二，横焊过程中熔池形态随焊接位置角度的变化而周期性改变，这要求识别模型具备处理周期性变化的能力。SVM作为线性或核函数分类器，在处理非线性动态特征时可能存在局限性，未来可考虑引入更复杂的时序分析方法。

第三，从PDCA循环的角度看，该研究目前处于"Check"阶段——识别了问题并建立了判断标准。要真正实现对熔透状态的实时调整控制，还需要建立从"识别"到"调节"的闭环反馈机制，即根据识别结果自动调整焊接电流或速度，这涉及控制算法的开发与验证。

第四，对于大型储罐制造而言，环焊缝长度往往达数十米甚至上百米，焊接过程中母材厚度、间隙、装配精度等参数可能沿焊缝长度方向存在波动。变参数研究为适应这些波动提供了理论依据，但实际生产中还需考虑多因素耦合的影响。

学习心得与启示

这篇文献让我深刻认识到，焊接工艺的智能化并非简单的自动化替代，而是需要对焊接冶金过程的深入理解与精确控制。K-TIG横焊中匙孔力平衡被重力打破这一物理本质，是理解所有横焊焊接缺陷的钥匙。OCR-SVM模型的引入，将传统的经验判断转化为可量化、可复现的技术手段，这是焊接质量控制从"人防"向"技防"转变的重要一步。

在实际工程实践中，我联想到储罐制造中常见的环焊缝未熔合问题，往往就是因为横焊时熔透不足所致。传统做法是通过增加焊接电流来弥补，但这又可能导致烧穿。该研究提出的变参数识别与调整思路，为在"熔透"与"烧穿"之间找到最佳平衡点提供了新的方法论。对于长期从事储罐焊接技术管理的同行而言，这一研究方向值得持续关注与借鉴。