单面焊双面成形中熔孔的存在能够确保焊接过程中焊缝预留间隙两侧母材金属熔化,从而保证焊缝背面得到熔透。焊工在作业过程中往往通过观察熔孔状态及时调整弧焰长度、焊枪位置,来获得更好的熔透效果和焊缝成形质量。因此研究熔孔对于单面焊双面成形的熔透预测和成形控制具有很大意义。在已有设备基础上改进了填丝TIG焊工作平台,搭建了由正背面双CMOS相机、滤光系统组成的被动视觉传感系统,在线实时采集熔孔正背面图像;通过单片机开发板对三维运动平台和送丝机进行控制;同时采用数据采集卡控制焊机的焊接电流。基于熔孔正背面图像各自特点,采用MATLAB软件设计图像算法提取了正面熔孔边缘、熔孔内电弧边缘和背面熔孔轮廓。通过小孔成像模型对正背面相机参数进行了标定,定义并提取了正面熔孔宽度、熔孔内弧焰长度、背面熔孔面积三个用于表征熔孔大小的特征值。设计恒定参数填丝TIG打底焊工艺试验,对熔孔演化过程及形成机理进行了分析,同时探究了主要焊接工艺参数对熔孔的影响。研究试验结果表明在一定工艺窗口内填充金属量越少,对接间隙越大,熔孔越容易形成和长大;同时熔孔也到受到电弧热量、电弧压力的影响,焊接电流越大,电弧熔化并排开熔池金属能力越强,形成的熔孔越大。对试验中的图像特征值进行提取分析,发现熔孔内弧焰长度和背面熔孔面积相较正面熔孔宽度能够更为准确敏感地反映熔孔的动态变化过程。设计动态阶跃参数工艺试验并定量分析表征熔孔大小的图像特征值与各焊接参数的关系。试验结果表明通过调整焊接电流和焊接速度不能稳定可控地影响熔孔行为;但通过调整送丝速度可以稳定地双向调节熔孔大小,表征熔孔大小的图像特征值发生变化的速率和送丝速度变化量成正相关关系。以送丝速度和熔孔大小的相关性和试验经验为基础,设计了 MISO模糊控制系统,以熔孔内弧焰长度偏差值和熔孔内弧焰长度偏差值变化率作为输入量,送丝速度作为输出量,对焊接过程中熔孔大小进行自动控制。通过开展变间隙试板的自动控制试验,发现控制策略能够自动调节送丝速度使熔孔稳定,对照试验组焊接30 s左右后熔孔焊塌,自动控制试验组完成了整道对接焊缝的焊接并维持熔孔大小稳定。后续设计了模糊PID控制器对焊接过程中熔孔大小进行控制,也取得了较好的控制效果。