基于电涡流传感器的锻锤锤头位移检测系统设计

针对锻压现场强振动、高温度、多粉尘的特点,提出了一种基于电涡流位移传感器的锤头位移检测方案,以解决锻件尺寸在线监控的问题。该方案在锤头侧面垂直方向上加工出等距凹槽作为刻度标尺,电涡流传感器探头安装在机架上且正对凹槽刻度标尺的位置,通过采集锤头运动过程中传感器输出电压信号的动态数据计算锤头位移。在设计过程中,首先采用有限元软件对该方案进行仿真研究,通过分析凹槽刻度标尺表面磁场特征,确立了方案的可行性;其次,采用金属板材加工凹槽刻度标尺进行实验,建立位移测量数学模型。实验结果表明,该方案可行且具有较高的测量精度。     

低碳钢TIG焊电涡流传感熔透控制的计算机控制系统

针对低碳钢ＴＩＧ焊电涡流传感熔透控制,设计了一套计算机控制的研究装置。经实验验证,该系统能够检测到熔池的温度场变化信号,并能控制步进式ＴＩＧ焊的焊接时间和行走时间。     

大功率光纤激光焊焊缝识别回归算法研究

针对工业实际焊接加工过程的焊缝偏差,利用IPG YLR-10000大功率光纤激光焊接设备,通过高速视觉传感器获取动态熔池红外图像序列图,观察激光束偏离焊缝时熔池红外辐射的特征变化,采用焊接熔池前峰点位置作为焊点偏移特征参数测量值,试验证明该参数能体现激光束偏离焊缝的实际情况。最后,利用回归分析方法建立焊点实际偏差与焊点位置测量偏差的红外动态视觉模型,通过分析该模型的相关性参数、对F检验法中F参数的结果进行验证,确定了该二元回归建模的有效性及可行性。     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

脉冲等离子弧焊穿孔熔池的等离子云传感

在探针法检测等离子云理论基础上,研制了实用化的多探针等离子云传感器,并利用尾焰传感器对比检验了所设计传感器的可靠性和检测精度.将等离子云传感器应用于脉冲等离子弧焊穿孔熔池小孔状态检测,并对检测信号的波形特征做了深入研究.分析表明,等离子云检测信号中负脉冲信号可以作为脉冲等离子弧焊穿孔熔池的状态变化的特征判据,负脉冲信号的频率则可以作为脉冲焊接是否保持"一脉一孔"焊接的特征判据.等离子云电压信号可以很好的反映穿孔熔池的状态.     

铝硅合金变质效果涡流检测时传感器的阻抗分离研究

根据活塞合金ZL108的变质质量与材料电导率呈单调函数关系的规律,利用电涡流原理检测ZL108的变质质量。研究应用移相、混频和滤波技术将电涡流传感器阻抗中的电阻分量和电感分量分离出来。设计的测量电路使传感器信号一方面与电源信号混频,另一方面与移相π/2的电源信号混频,并从前者获得电涡流传感器阻抗中的电阻分量,从后者中获得电感分量。最终确定根据电涡流传感器电阻的改变获得ZL108合金的变质信息,消除了电感分量的影响,提高了测量的准确性。     

连续行走脉冲TIG焊熔池谐振法熔透控制

熔池振荡频率与熔池尺寸之间的良好对应关系,可以用于进行熔池尺寸检测及熔透控制,但在快速行走焊接时难度很大。本文在恒定直流之上叠加定频率正弦波电流做为脉冲焊接电流激振熔池,在连续行走焊接时,通过电弧电压检测熔池振荡即熔池尺寸。在脉冲电流作用期间,随着熔池尺寸的增长,当熔池自身固有振荡频率与焊接电流正弦波频率一致时,熔池产生谐振,从电弧电压中检测到谐振特征变化信号,该信号的强度,稳定性,重复性及与熔池     

等离子云信号检测与影响因素分析

在等离子弧焊接中采用无电源探针法可以检测等离子云，判断焊接小孔是否形成。根据等离子体鞘层理论，伸入等离子云中的探针表面将产生一负电位，称其为鞘层电压。采用探针检测等离子弧焊接中的等离子云，其检测信号与鞘层电压密切相关。由于鞘层电压大小与探针检测处等离子体温度和成分有关，因此，在检测过程中，探针位置、焊接速度和焊接电流等影响等离子云温度的因素是影响检测电压大小的主要原因。试验证明，同样的焊接条件，探针位置不同，检测信号差别很大，甚至可能检测不到等离子云的信号。不同的焊接工艺参数，对应有不同的最佳探针位置，在最佳探针检测位置可以获得最大的检测电压值。     

基于熔池红外图像实时跟踪焊缝宽度算法研究

在激光焊接过程中,激光焊机所附带的传感器能够准确实时地反映焊接过程,焊缝宽度的实时动态变化对于描述焊接质量起着至关重要的作用。焊缝宽度准确测量的研究有助于理解焊接过程,获得焊接质量控制模型。针对大功率光纤激光焊接,利用恰当的滤镜系统获得清晰的焊缝熔池图像,建立熔池红外传感跟踪系统。针对大功率光纤激光焊接304型不锈钢过程,研究一种通过熔池图像实时检测焊缝宽度变化的方法。利用高速摄像机获得熔池动态红外图像,通过一系列图像处理技术得到焊缝宽度的识别模型。解决了在金属处于高温下熔池与周边非熔化区的温度比较接近,很难用红外摄像来准确测量焊缝宽度的难题。试验结果表明,所建立的焊缝实际宽度测量模型测量效果良好。     

绝对式双参数感应涡流传感器测量圆柱导体温度

为提高绝对式双参数感应涡流传感器的测量精度,以实现单机多参数测量,对影响测量精度的试件温度进行了研究。建立了圆柱导体温度检测数学模型,设计了检测方法。实际检测了铜和铝两种棒材,将测得的结果代入理论计算公式,得到它们的理论温度值。与实测温度相比较,两者间误差很小,验证了该理论在温度检测方面的有效性。     

低碳钢非对称角焊温度场有限元分析

针对单边开坡口的非对称角根焊中熔透不稳定、成形质量差的问题,对其温度场及熔池成形规律进行分析从而优化焊接参数的选取,改善成形质量.考虑温度、对流、辐射和相变潜热对材料物理性能的影响,利用有限元分析软件建立了低碳钢非对称角焊缝有限元模型,并进行仿真计算.对比讨论了不同结构情况下焊接电流对温度场的影响,重点分析了非对称角焊接参数对背部熔宽的影响.结果表明,非对称角焊缝温度分布不均匀,背部熔宽对电流的变化十分敏感,焊接电流大小对熔池形状影响较大.通过试验得到三组熔透情况不同的焊缝,其热影响区形状尺寸与仿真结果吻合良好,从而验证了理论分析的有效性.     

焊接电参数对GTAW熔透状态的影响

针对非熔化极气体保护焊(gas tungsten arc welding, GTAW)过程中因焊接参数波动、热传导条件变化难以实时检测和控制熔透的难题,考虑304不锈钢相变潜热随温度的变化,建立了焊接电参数与熔池相变潜热、背面熔宽间的动态变化数学模型,仿真研究了改变焊接电流、电弧电压对焊缝熔透状态的动态影响规律,预测了恒定电参数下点焊熔透状态发生改变的时间. 采集了同参数焊接过程中表征熔透状态变化的反射激光点阵视频图像,统计计算了实际熔透发生改变的时间. 结果表明,所建立的动态数学模型能够反映焊缝熔透状态随电参数的动态变化过程,且焊接电流对熔透状态的影响更显著;熔透变化预测时间与实测时间一致.     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光-等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型,在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用,通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场,重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响.结果表明,在熔池形成的初始阶段,表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用,而电磁力的作用受到抑制,随着熔深增加,电磁力作用增强并引起涡旋,导致熔深和下表面熔宽增加.针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合.     

激光-等离子弧复合焊接熔池流动和传热的数值分析

建立了激光一等离子弧复合焊接过程中液相区、糊状区和固相区的统一模型，在模型中同时考虑了表面张力、热浮力和电磁力的作用，通过数值计算得到了熔池的速度场和温度场，重点研究了电磁力对熔池流动和传热的影响。结果表明，在熔池形成的初始阶段，表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用，而电磁力的作用受到抑制，随着熔深增加，电磁力作用增强并引起涡旋，导致熔深和下表面熔宽增加。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与实际相符合。     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。     

TIG焊熔池外激谐振与熔透的关系

薄板TIG 焊时,利用脉动电流引起熔池振荡,当脉动电流与一定尺寸熔池自然振荡频率相同时,则熔池产生谐振,造成电弧长度及电弧电压有较大的往复变化。对电弧电压变动部分进行滤波,放大并用计算机采样,发现当熔池谐振时,电弧电压变动部分达到最大幅值,谐振后幅值很快衰减。本文以熔池谐振信号做为熔透信息进行熔透控制,给出了脉动电流电源,计算机检测系统。研究了熔透信号的变化规律及影响因素,在定点电弧及对接焊时,熔池尺寸与熔池谐振频率有较好的对应关系;以焊接电弧做为传感器,用熔池谐振频率控制熔透及熔池尺寸,有很好的重复性及较高的精度,这对解决熔透闭环自适应控制有很大的实际意义。     

Numerical simulation of asymmetric fillet weld pool based on temperature field and flow field coupling

The temperature field and flow field were analyzed to solve the problems of unstable penetration and poor forming quality,which always happen in asymmetric fillet welding. In order to explore the effect of the welding parameters on welding and improve the quality of forming,a three-dimensional mathematical model of asymmetric fillet welding was established by using the finite element software COMSOL and the coupling equation. The model was considered about the surface tension gradient,the electromagnetic force,gravity and the effect of temperature,radiation and convection heat on physical properties of the material. The flow field and the growth pattern of the weld pool were analyzed,and the weld pool geometry under different welding currents was compared. The results show that,the thin metal was preferentially penetrated,and with the welding process the weld width expanded until the weld beam was fullpenetration. The heat affected zone was got from weld experiments,its shape and size agreed well with the simulation results,which verifies the validity of the theoretical analysis.     

激光-电弧复合焊接咬边缺陷分析及抑制方法

为了提高激光-电弧复合焊接的可靠性,对复合焊接咬边缺陷成形机理及抑制方法进行了研究.结果表明,激光能够提高复合焊接的临界咬边速度,最高可达电弧焊接的5倍.在激光-电弧相互作用下,复合焊接存在两种抑制咬边的机理.一种是改变焊趾处固、液、气三相的表面张力状况,形成指向熔池外部的合力.另一种是通过提高熔池内温度梯度和热输入来增加熔池内由内向外的流动速度和时间,使熔化金属能够流向并填充焊趾,这种抑制机理作用更为显著.试验确定了复合焊接临界咬边速度的经验公式和电弧电压的合理调节范围.     

基于旋转电弧传感器的水下焊接高压电弧仿真计算

旋转电弧传感器是焊缝自动化跟踪常采用的一种传感器,将它用于水下焊接是一门新课题.文章对高压环境下,采用旋转电弧传感器焊接所产生的电弧模型进行了仿真计算.结果表明,随着气压由0.1MPa升高到1MPa,电弧温度也升高,焊丝附近温度梯度也增大,同时电弧温度场由钟罩形转变为纺锤形.通过对两个不同气压下焊件表面温度的测量说明高压下要熔化同样的焊件需要施加更高的电源功率.对两个不同气压下旋转中心轴线与焊丝所在轴线纵向温度的对比可以证明使用电弧传感器的电弧加热形成的熔池截面形状应该是碗状的,而非指状.通过对电弧电流密度场和电场的分析解释了电弧温度场为纺锤形的原因.