基于视觉的激光深熔焊匙孔检测及图像处理

匙孔的形状尺寸与熔透有着密切的联系,因而获取匙孔图像并提取出完整的匙孔边缘对于实现激光深熔焊的熔透控制具有重要的意义.通过构建的激光深熔焊同轴视觉检测系统,获得了完整清晰的匙孔图像,设计了高斯滤波器、增强算子,提出了先搜索匙孔中间部分边缘、而后搜索上部、下部边缘的搜索策略,很好地提取出了匙孔的边缘.     

电子束深熔焊匙孔的研究现状

综述了电子束深熔焊匙孔特性及行为研究的现状.简述了国内外研究者在电子束匙孔形成机理及匙孔行为数值模拟研究领域已取得的部分研究成果,并对电子束深熔焊匙孔的进一步研究工作做了展望.指出在电子束深熔焊匙孔行为数值模拟研究中考虑到金属蒸汽流的作用,对于进一步揭示电子束深熔焊机理和匙孔的形成过程及其特性,控制熔透质量具有重要的理论意义.     

空间发动机激光深熔焊气孔特性研究

对空间发动机模拟件进行了激光焊工艺试验和理论分析,相关结果表明:在达到某个特定熔深的前提下,气孔率随着激光功率的升高、焊接速度的降低、离焦量的负向增大、入射角的正向变动、保护气的侧向大流量吹送而升高。在探明气孔特性的基础上得到了最有利于抑制激光深熔焊气孔的工艺规范,采用该规范焊接了一批较高熔深的发动机产品试样,相关测试表明焊缝的气孔率和其他性能满足相关标准的I级要求,并且最终应用该技术的正式产品已通过了飞行试验考核。     

激光深熔焊运动熔池瞬态形成过程数值模拟

考虑到表面张力、浮力、液-固相之间内作用力、焊接速度、紊流、对流以及辐射等影响因素,建立激光深熔焊接过程运动熔池的数学模型,并对熔池的温度、流动、焊缝形貌的动态演化过程进行预测.结果表明,运动熔池形成过程中,变宽的趋势比拉长的趋势大,在宽度上达到最大值后继续拉长、变尖,达到准稳态;运动熔池上部分对流传热起主导作用,下部扩散传热起主导作用;Marangoni力是运动熔池上部变宽、拉长的主要作用力。数值模拟得到的熔池动态结果与实际拍摄的试验结果吻合较好。     

2219铝合金电子束焊接匙孔演变过程的数值模拟

文中主要借助Fluent软件,基于有限体积离散方法建立了2219铝合金电子束点焊熔池传热、流动和匙孔演变的二维耦合数学模型.在模型中,考虑了表面张力、Marangoni剪切力、流体静压力、金属蒸气反冲压力的作用,并采用VOF(volume of fluid)方法跟踪了匙孔的形成与演变过程.结果表明,反冲压力钻取和涡旋输运的综合作用是匙孔加深的根本原因;沿深度方向热源功率密度的降低会导致前者钻取速度的减小.铝合金的点焊工艺试验表明,数值计算结果与实际吻合较好.     

激光深熔温度场数值模拟热源模型分析

热源模型是激光深熔焊温度场数值模拟分析的关键。在分析连续和脉冲激光深熔焊焊缝形状特征的基础上，构建了组合热源模型，讨论了热源模型参数的确定方法。应用所建立的热源模型模拟分析了激光深熔焊焊缝边界形状，并与实验结果进行了比较。     

铝合金激光-MIG复合焊熔滴对匙孔作用的模拟

将复合焊接过程中的反冲压力、表面张力等驱动力及熔滴过渡行为考虑在内,建立5A06铝合金激光-MIG复合焊接数值模拟热流耦合模型,由于熔池内的流动及匙孔稳定性对焊接性能有重要影响,因此针对熔滴与匙孔及熔池稳定性的影响进行了系统讨论,并且通过采用不同的熔滴落入位置进行计算.结果表明,当熔滴落入位置距激光中心较近时,熔滴对匙孔的冲击作用较大,匙孔壁的平均流速和波动频率有所增加,匙孔更易由于周期性的熔滴过渡而产生液桥发生闭合,熔滴落入位置还会影响匙孔深宽比,进而影响激光能量的菲涅尔吸收.     

铝合金激光深熔焊气孔形成机理与控制技术

观察了铝合金激光深熔焊气孔的分布特征和形貌特征,深入分析了气孔的形成机理,研究了双光点能量分布的激光对铝合金激光深熔焊气孔的控制效果.结果表明,铝合金激光深熔焊焊缝中存在分布特征和形貌特征不同的两类气孔,即冶金类气孔和工艺类气孔.冶金类气孔的形成与氢在熔池中的析出、聚集与合并有关,而工艺类气孔产生的根本原因是焊接过程中匙孔的瞬间失稳.采用双光点能量分布的激光焊接铝合金可以扩大匙孔张口和根部直径,改善匙孔壁的波动状态,增强匙孔的稳定性,从而减少工艺类气孔的产生,但对冶金类气孔没有明显影响.     

热输入对2219铝合金激光镜像焊接匙孔动态特征的影响

针对2219铝合金激光镜像焊接过程,建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型,对匙孔动态特征进行定量求解与分析.结果表明在激光镜像焊接过程中,两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动.匙孔耦合前,两侧匙孔横截面面积差异较小,最多相差仅0.35 mm²;匙孔耦合后,匙孔横截面面积持续增加,并于120 ms后在一定范围内波动.热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大,并提高匙孔稳定性,其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大,焊接速度对匙孔开口面积影响较大,基于上述规律总结出针对6 mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.     

双光束激光焊匙孔动态特征分析

文中研究了高功率单光束激光焊与双光束激光焊过程中匙孔动态特征的差别. 结果表明,单光束激光焊及双光束激光焊接过程中匙孔均处于从产生到湮灭的剧烈波动的过程,不同于单光束激光焊匙孔的形成、长大、维持、缩小、湮灭过程,双光束激光焊的匙孔还存在分离长大及合并缩小的过程;在相同的焊接参数及焊缝具有相同熔深的条件下,双光束激光焊匙孔的波动频率约为单光束激光焊的2/3,单光束激光焊匙孔的开口面积均值约为双光束激光焊匙孔开口面积的1/2,开口面积的波动变异系数约为单光束激光的2倍,即双光束激光焊过程中匙孔较单光束激光焊的具有较高稳定性.     

激光深熔焊接抛物面小孔模型

激光深熔焊接由于其无与伦比的优良特性成为高功率激光工业应用的主要方面.在假设小孔为旋转抛物面结构的基础上,通过分析小孔内的压力平衡、蒸发压力、表面张力、能量平衡、小孔壁的温度以及小孔底部的能量平衡问题,采用数值迭代方法求解出小孔的深度和宽度.将焊接中的理论分析由假设小孔形状为圆柱面只能适合低速焊接推广到中高速焊接.计算了在不同焊接速度下小孔的深度、宽度以及与焊接试验的焊缝深度,与焊接试验中得到的结果进行了比较,理论计算结果也比较吻合实际焊接情况.     

Critical power of keyhole formation in CW Nd：YAG laser deep penetration welding

The energy model was founded to calculate the critical power of keyhole formation by using the limit principle in CW （ continuous wave ） Nd： YAG laser deep penetration welding process. The model was validated by experiments. The results show that ＇.there are two errors between the calculated critical power of keyhole formation and that of experiments ： one is that the calculated results is less than those of experiments, which is caused by not considering the energy loss by heat conduction in the model of keyhole formation. The other is that there is 0. 9 mm error between the axis of the calculated curve of critical power with location of laser focus and that of experimental curve, which is induced by the excursion of laser focus in laser deep penetration welding. At last, the two errors were revised according to the analyses of the errors.     

激光深熔焊过程熔池小孔发声数值计算与试验分析

激光深熔焊过程中产生的声信号是激光焊接过程质量检测的重要参量.文中对3.5 mm厚的低碳钢板进行焊接速度分别为3,4和5 cm/s的工艺试验,得到了三种典型的熔池小孔,即平底形熔池小孔、锥形熔池小孔和匙形熔池小孔.通过对声信号的频谱分析,得到这三种不同形状的熔池小孔的共振频率分别为:1 503.9 Hz、1 894.53 Hz和2 792.96 Hz.同时,文中对试验得到的三种形状的熔池小孔发声过程进行了数值分析,得到了对应的共振频率,分别为:1 453.125 Hz、1 890.625 Hz和2 750 Hz.数值计算得到的结果与试验结果误差在5%范围内.结果表明,文中所建立的熔池小孔模型能很好的反映出实际的焊接过程声信号的声场分布,为声信号在质量检测中的应用提供理论基础.     

热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟

对铝合金LF3Y2搭接板进行了热压条件下激光深熔焊接.建立了该条件下的焊接热源模型,热源模型由作用在工件表面的高斯面热源和沿激光入射方向的旋转高斯体热源构成.使用该热源模型和ANSYS有限元分析软件对前述的试验进行了数值模拟.结果表明,热压使激光在高速焊接时依然有足够的熔深和熔宽;试件表面的等温线呈椭圆形,在移动热源前方温度梯度大,后方温度梯度小;计算所得的熔池截面成形与工艺试验结果吻合良好,验证了该热源模型的合理性.     

Numerical simulation of temperature field in deep penetration laser welding of 5A06 aluminum cylinder

Deep penetration laser welding temperature field of 5A06 aluminum alloy canister structure was simulated using the surface-body combination heat source model by ANSYS, which was made up of Gauss surface heat source model and Gauss revolved body heat source model. Convection, radiation and conduction were all considered during the simulation process. The thermal cycle curves of the points both on the shell outer surface and in the seam thickness direction were calculated. Simulated results agreed well with the experiment results. It concluded that the surface-body combination heat source model was fit for the temperature field simulation of deep penetration laser welding of the aluminum alloy canister structure. This method was proved to be an efficient way to predict the shape and dimension of welded joint for deep penetration laser welding of the aluminum alloy canister structure.     

激光深熔焊接小孔的反射吸收

采用高速摄影的方法清晰、完整地观测了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔，并根据观测到的小孔的形状和尺寸，计算比较了小孔孔壁的反射吸收以及由于热传导和对流所引起的热损失，分析了小孔形成时平衡表面张力的主要作用力，建立了基于小孔孔壁前沿能量平衡的自适应模型，为系统研究激光深熔焊接时的小孔效应提供了一种新的方法和手段。