焊接热源局部坐标移动曲线路径建模方法

为解决轨道客车转向架构架的制造及应力变形分析中,遇到的曲线动态焊接热源建模难度大、难以实现的问题,根据焊接结构特征,研究了空间复杂焊接路径热源建模理论,定义了焊接热源坐标移动模式。据此,只需通过简单的参数输入和Ansys软件操作即可完成曲线路径动态焊接的热源建模。设计了平面曲线路径、空间曲线路径和转向架复杂模型焊接热源加载方法。本文提出的移动热源模型和焊接曲线路径实现方法,是利用数值模拟研究焊接路径,在加深对焊接过程的理解的同时,可设计选择合理工艺,控制残余应力和变形,从而实现高效、优质的焊接过程仿真。     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构动力学研究

为了辅助病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构.根据该机构的原理简图和各杆件的受力,利用牛顿定律分别建立了各杆件的动力学方程.基于联立约束法建立了骨盆位姿控制机构的动力学模型,并根据骨盆位姿的运动规划完成了动力学仿真分析,得到了机构的驱动力(矩)曲线和各杆件的加速度曲线.仿真结果表明,该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,动力学仿真可以方便地获得机构的运动参数.该研究为实现助行训练机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

利用不同焊接热源模型对结构件进行焊接模拟

基于ANSYS,分别使用高斯热源模型和分段热源模型对金属结构件的焊接过程进行了有限元模拟,使用单元生死技术模拟焊接材料的生成,并考虑了相变潜热对温度场的影响.本文先计算温度场,然后把温度场作为载荷来计算结构场,得到残余变形和应力的分布,从而实现焊接过程的温度场、残余应力和残余变形的三维动态模拟.结果表明:利用分段热源模型能够在保证计算精度的前提下,大大提高计算效率,明显缩短计算时间.     

铝合金激光—电弧复合焊温度场有限元数值模拟

采用复合热源焊接是一种比单一热源焊接更有潜力和发展前景的新型焊接方法,但复合热源的相互作用机理也更加复杂.为了更好地理解和研究复合热源的作用机理,采用ANSYS软件进行了8 mm厚铝板激光—电弧复合双道焊接的温度场数值模拟,比较得出了一种适合铝合金激光—电弧复合焊接的热源模型.实验结果表明,采用模型模拟得到的焊缝截面形状和实际复合焊接得到的焊缝截面形状符合度较好,该复合热源模型是铝合金复合焊接的一种理想热源模型.     

20钢管道对接埋弧自动焊接温度场模拟

管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响.本文采用有限元法,建立了20钢管道对接焊接接头有限元计算模型,通过设置一定的焊接电压、焊接速度以及热源有效利用率,对在不同焊接电流输入条件下的三维瞬态温度场进行了模拟.计算得到了焊接熔池不同位置的热循环曲线,同时还得到了热影响区的热循环曲线.通过改变焊接电流调试能量输入,最终获得最佳焊接电流选取范围为720~800A,对焊接工艺参数的选取起到导向作用.     

X5CrNi1810不锈钢焊接应力应变场的数值模拟

采用有限元软件SYSWELD对X5CrNi1810不锈钢平板TIG焊的应力应变场进行三维动态模拟,同时应用SYSWELD软件的校核工具对双椭球热源进行校核,得出了等效应力分布图和焊缝中心线上纵向残余应力分布曲线及不同时刻焊接变形云图．与文献资料比较表明,所建立的三维模型可以动态地模拟焊接过程,对实际生产有一定的指导意义以及最终改善X5CrNi1810不锈钢的焊接性提供参考依据．     

基于视觉传感器焊缝跟踪轨迹自示教方法研究

介绍了一种基于视觉传感器在焊前采集焊缝信息,动态存储相关数据,从而记住从初始状态到目标状态的控制路径．施焊时,调用轨迹记录数据库,按照行走路径进行自动跟踪,从而达到自动焊接．进一步介绍了自示教的设计步骤及实现过程,并设计了图像处理流程和系统的监控界面．试验结果表明：该系统无需复杂的几何建模、仿真、示教编程,方法简单可行,无需考虑电弧、飞溅和烟尘等信号的干扰,提高了图像处理速度,从而可细化路径,提高焊缝跟踪精确度．     

特厚钢板V型坡口单面焊接热循环测定实验

焊接温度场是一个温度变化率很大的动态温度场,使用热电偶测定温度场是测定焊接温度场的重要手段.采用的测定系统是由K型热电偶和无纸记录仪组成,用来测定60 mm厚特厚钢板V型坡口单面自动焊的焊接热循环实验,得到了17道次焊接的实时温度数据.通过对热循曲线的研究分析,得到改善工艺手段、预测热影响区组织变化以及焊接应力分布的信息.     

波形控制CO2焊接逆变电源—电弧系统的仿真研究

由于短路过渡CO2焊接电弧负载的非线性与时变性的特点,CO2焊接电源－电弧系统的研究与设计有其固的难点,采用在控制领域最具影响的MATLAB软件,在对CO2焊接电弧建模、逆变电源－－电弧系统建模的基础上,仿真了波形控制CO2焊接逆变电源－电弧系统的动态过程,并且在模拟示波器上输出了CO2焊接电弧的几个典型参数的动态波形,通过计算机仿真,提出了CO2焊接焊丝熔化速度与送丝的平衡长度的概念,揭示了焊丝平衡长度的物理过程,这对研究CO2焊接过程有重要意义,给出了评价计算机仿真CO2焊接过程正确与否的基本原则,即CO2焊接焊丝平衡长度的变化范围必须是大于0,最大值是几毫米（具体值与焊接参数有关）的数量程度,给出了波形控制CO2焊接逆变电源－电弧系统的控制结构,通过仿真可以看出短路过渡CO2焊接逆变电源控制参数对系统的影响规律,辅助优化设计系统。     

一种六轴焊接机械手运动学分析

针对焊接现场的实际环境不尽相同,传统焊接机械手与各种不同的焊接环境无法完全适应的问题,设计了一种六轴焊接机械手。在该六轴机械手中,首先将各个刚体上的角速度进行处理和坐标变换,获得各个刚体的线速度和角速度。然后通过机械手上力传感器信号的采集及分析,得到机械手末端的力信息,并设计了一种用以预测机械手末端六个力信息的方法。最后采用D-H法对该六轴机械手进行分析,得到其正逆运动学方程,以进行相应位姿的调整。仿真结果表明,该六轴机械手各运动轴能够实现独立及协同运动,能够适用于各种不同焊接环境的应用需要。     

基于Robotstudio的弧焊机器人离线编程

弧焊机器人作为一种自动化焊接设备,其自动化程度在很大程度上取决于程序的编制。目前的工业机器人离线编程平台,可进行机器人作业系统的建模、简单作业程序的编制和作业过程仿真演示。对于由不规则曲线段构成的复杂焊接路径编程,可以用ABB机器人公司开发的Robotstudio软件进行机器人的焊接离线编程。试验证明,该软件可用于各种高质量弧焊作业的编程。     

SS400钢焊接温度场数值模拟与试验验证

为得到SS400超细晶钢焊接温度场分布规律,用ANSYS软件,对SS400钢焊接温度场进行模拟计算,利用体生热率及生死单元技术来实现热源移动和焊缝的生成,得到一定焊接工艺下的焊接温度场分布规律。为验证模拟计算结果的准确性,进行了8 mm厚SS400钢平板对接焊试验,对焊接温度场进行了测定。对比结果发现,模拟计算的温度场与试验温度场变化规律基本相同。用ANSYS分析焊缝及热影响区的热循环曲线是可行的。     

起重机拼板不清根高效焊接及接头性能分析

为了解决拼板在焊接过程中的碳弧气刨清根、板材翻身导致焊接工序复杂、生产效率低下以及无法实行自动化焊接等问题,提出一种采用埋弧焊单面焊加陶瓷衬垫方法,板单元正面进行埋弧焊接,试板背面与陶瓷衬垫紧密贴合,从而实现拼板对接单面焊双面成形.研究结果表明,该埋弧焊接工艺满足100%RT和100%UT探伤,-20℃条件下冲击吸收功高于27 J,其力学性能结果符合标准要求.与传统工艺相比,该焊接工艺在保证其焊接质量的同时可简化生产工序,提高生产效率,降低生产成本,减少环境污染,实现绿色生产.     

基于高炉焊接制造的BB503钢板焊接工艺研究

根据高炉炉壳生产实际,分别使用气电立焊和埋弧自动横焊两种焊接工艺对50 mm厚的BB503型炉壳用钢板进行焊接,对焊缝进行外观检查、无损探伤,对焊接接头进行拉伸、侧弯、冲击、硬度等性能测试,并对焊接热影响区的显微组织进行了观察和分析。结果表明,BB503炉壳用钢的气电立焊和埋弧自动横焊焊接接头抗拉强度和冲击吸收功均大于母材,具有优良的综合力学性能;焊缝区及热影响区的显微维氏硬度分布和热影响区的组织均匀性均显著优于传统的CO2气体保护焊和手工电弧焊接头。气电立焊和埋弧自动横焊工艺可以替代CO2气体保护焊和手工电弧焊工艺用于高炉炉壳焊接制造。     

带状光源V字扭曲焊缝识别技术

为了满足埋弧焊设备实时跟踪缝焊的需要,及时准确地找到焊缝的中心,借助垂直于焊缝的带状辅助光源,使CCD摄像头获得的焊缝图像光带产生明显的V字形扭曲.通过去噪程序剔除图像中的噪点,寻找到V字图形2个边上的点,采用最小二乘法,迅速、准确地得到V字形光带扭曲的2个边的最佳拟合直线,计算出2个拟合直线的交点,找到了焊缝中心.利用基于最小二乘法的埋弧焊V形坡口焊缝识别方法,得到的焊缝特征明显,具有处理速度快、系统稳定性好等特点.     

磁场和活性剂联合作用下TIG焊热源模型的确定

为了确定磁场和活性剂联合作用下TIG焊热源模型,分别采用双椭圆面热源模型和双椭球体热源模型对焊接熔池的温度场分布进行了数值模拟,根据模拟结果的等值线分布情况可以获得熔池形状.通过将试验值和模拟值进行对比可以发现,利用双椭球体热源模型得到的熔池形状与实际熔池尺寸相吻合,而双椭圆面热源模型不能很好地反应厚度方向上的温度分布.结果表明,双椭球体热源模型可以更加准确地表征磁场和活性剂联合作用下TIG焊的实际焊接过程,打破了以往依照焊接方法选取热源模型的传统.     

焊接过程耦合场分析的一种新的直接耦合解法

TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接过程的数值模拟是一个不可压缩的流场与温度场相互耦合的问题,其数学模型是三维非定常、非线性偏微分方程组的定解问题.首先建立了焊接过程耦合场分析中贴体曲线坐标系下的数学模型,其次给出了多重网格法与有限差分法、牛顿迭代法相结合的一种新的直接耦合解法,最后通过对移动热源作用下Q235低碳钢板的焊接过程进行模拟,数值结果表明,所给出的方法比传统迭代法(有限差分法+牛顿迭代法+超松弛方法)在计算时间上至少减少了35%.     

基于特征提取和极值搜索的焊接缺陷检测算法

为快速提取金属熔化焊接缺陷位置,提出了一种基于灰度分布曲线特征的算法。首先,通过平板探测器获取焊缝的X射线透射数字图像;第二,针对数字图像随机噪声大、动态范围低的问题,采用时间域序列图像帧积分方法,计算最优的积分时间,降低图像噪声,强化焊缝缺陷特征细节;第三,平行于焊缝方向,计算并形成多组图像灰度值曲线,基于其二阶导数曲线分布规律提取焊缝图像;最后,在焊缝图像曲线中进行极值点搜索,若在曲线存在明显极大值点,则可以确定缺陷的大小和位置。试验结果表明,本算法具有较高的检测精度。