船舶、航空飞机机体、工程机械等结构件中存在很多中厚板角焊缝,其焊接过程通常需要打底、填充和盖面三道工序,其中打底焊作为关键环节直接影响到接头质量。为了保证中厚板角焊缝打底焊的良好熔透成形常采用开单边V形坡口的方法,但随之而来的问题在于单边坡口使焊缝根部两侧的结构差异较大,产生严重的热传导差异,进而导致熔透形态不易稳定控制的情况。目前此这种结构焊缝普遍采用人工焊接,因此实现中厚板非对称角根焊自动化焊接的可有效提高产品焊接质量和生产效率,具有工程实际应用与科研价值。前期研究过程中发现,热输入的大小和热能量的分配对非对称角根焊的成形具有重要影响,因此本文对中厚板非对称角根焊熔透质量控制问题进行两方面考虑,主调节焊接电流实现对熔透深度的控制,主调节焊枪工作角度实现对熔透中心偏转的控制。由于焊接过程熔透形态不具备直接测量的特点,研究的重点主要是分析熔透成形规律,探索传感信息与熔透特征之间的关系,建立模型用于熔透控制。因此,本文进行了如下内容的研究。在热能量分配和熔透中心偏转程度的关系模型研究中,采用被动视觉方法。根据脉冲TIG焊电弧光谱特点,设计视觉传感系统,实现高反光条件下对熔池图像采集。根据图像灰度特点,尝试多种滤波、图像增强和边缘检测的方法,得到合适的图像处理算法,提取到高质量的熔池边缘用于特征提取。建立枪池偏差和熔透中心偏转的关系模型,作为后期对焊枪工作角度进行调节的依据。在焊接参数与熔透成形的关系模型研究中,根据前期实验数据的相关性分析,建立了思维进化算法优化的BP神经网络熔透形态预测模型,模型输入量的选择综合了焊接参数和实时熔池宽度,输出量能够反映钝边熔透深度和两侧焊脚的长度。经试验证明,该模型具有较高的预测精度和稳定性,利用该预测模型能够指导热输入的调节,能够用于后续熔透质量控制研究中。搭建了基于PC的熔透质量控制系统,根据分区控制的思想实现其功能。系统利用数据交换控制器和数据采集卡实现对焊接电流的采集和调节,焊枪工作角度由步进电机控制。最后,开发了一个上位机监控界面实现控制过程的启动和停止、图像采集显示等功能。经试验证明,该控制系统能够较好的根据模型调节焊接参数,基本实现了中厚板非对称角根焊的熔透质量控制。