钛合金薄板激光焊接参数的多目标优化

激光焊接过程产生的焊斑熔深和热影响区宽度直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂,影响因素众多,许多参数难以量化。本文以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。利用两个径向基函数神经网络分别预测焊斑熔深和热影响区宽度。将上述两个径向基函数神经网络作为多目标优化算法的目标函数,以提高焊接熔深并减小热影响区宽度。通过模拟退火算法寻求多目标优化所得的非劣解集中的最优解。实验证明,该方法可有效平衡激光焊接过程的焊斑熔深和热影响区宽度。     

激光焊接钛合金薄板时的功率控制

用Nd:YAG脉冲激光器对0.5 mm厚TC4钛合金薄板进行了焊接实验。设计了与光路同轴的机器视觉系统,并利用高速电荷耦合器件(CCD)实时获取焊斑图像。通过采用辅助照明光源有效提高了焊斑成像质量。采用基于细胞神经网络的算法进行焊斑边缘提取。通过对焊斑图像的分析可以获得薄板穿孔或熔深不足的信息,以此作为反馈控制信号对脉冲激光功率进行实时调整。实验证明,该方法可有效减少薄板穿孔和熔深不足缺陷的发生,提高TC4钛合金薄板激光焊接的质量。     

基于径向基函数神经网络的脉冲激光薄板焊接变形预测

以轿车用低碳钢薄板为实验样品,分析了脉冲激光焊接产生的主要变形方式。利用径向基函数神经网络对薄板焊接产生的横向收缩变形和横向弯曲变形进行预测。采用响应面法对实验参数进行优化设计。将脉冲频率、脉宽、聚焦镜焦距、离焦量、工件移动速度、保护气体种类、工件温度波动和光功率波动作为神经网络输入,提高了焊接变形预测的准确度。通过对比6种神经网络对薄板焊接变形预测的结果得出了最佳的网络结构。实验证明该神经网络对薄板焊接产生的变形有较高的预测准确度。     

基于BP神经网络的光纤激光焊接工艺参数优化及性能预测

采用连续光纤激光器对304不锈钢薄板进行了焊接工艺研究;为了提高激光焊接质量,引入BP神经网络对激光焊接工艺参数进行了优化,建立了焊接质量指标与焊接工艺参数之间的神经网络预测模型,并利用神经网络模型选择了较优的工艺参数.实验结果表明采用该工艺参数进行激光焊接可获得成形良好、无缺陷的焊缝.神经网络的性能预测指标与实际值间的偏差小于5%,可用于激光焊接工艺设计.     

18-8型奥氏体不锈钢低功率Nd∶YAG激光焊接研究

文中采用YAG激光作为焊接热源,对1.0mm厚的奥氏体不锈钢薄板的双面激光焊接工艺进行了研究。主要研究了试样的焊前打磨抛光、保护气体的选择及激光工艺参数(包括激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率等)的匹配对焊缝形成及表观形貌的影响。试验结果表明,此不锈钢非常适合用激光焊接。施焊前对试样进行充分的打磨和抛光十分必要,必须保证对焊面能紧密接触,以防止焊接过程中产生过多的气孔,同时还对提高焊缝的机械性能有重要作用。焊接过程中合适的保护气体及其送气方式也是十分必要的。大量试验表明,激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数的合理组合是实现不锈钢薄板焊接的关键因素。最佳工艺参数组合为在激光功率密度恒为5.7×105W/cm2的条件下,焊接速度不高于2mm/s,脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率为9Hz。     

18-8型奥氏体不锈钢低功率Nd:YAG激光焊接研究

文中采用YAG激光作为焊接热源,对1.0mm厚的奥氏体不锈钢薄板的双面激光焊接工艺进行了研究.主要研究了试样的焊前打磨抛光、保护气体的选择及激光工艺参数(包括激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度、脉冲频率等)的匹配对焊缝形成及表观形貌的影响.试验结果表明,此不锈钢非常适合用激光焊接.施焊前对试样进行充分的打磨和抛光十分必要,必须保证对焊面能紧密接触,以防止焊接过程中产生过多的气孔,同时还对提高焊缝的机械性能有重要作用.焊接过程中合适的保护气体及其送气方式也是十分必要的.大量试验表明,激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数的合理组合是实现不锈钢薄板焊接的关键因素.最佳工艺参数组合为在激光功率密度恒为5.7×105 W/cm2的条件下,焊接速度不高于2mm/s,脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率为9Hz.     

激光焊接时焊接模式转变规律及焊接过程稳定性的研究

在大功率激光焊接时．除了通常认为的稳定深熔焊和稳定热导焊外，作者发现在一定条件下还会出现第三种焊接过程──模式不稳定激光焊接，其基本特征是深熔焊和热导焊两种模式随机出现，熔深和熔宽相应地在大小两级跳变．综合研究了焦点位置、激光功率和焊接速度对激光焊接模式及焊缝成型的影响，得到了反映上述三种焊接过程的工艺参数范围的双Ｕ型激光焊接模式转变曲线。     

光纤激光器不锈钢薄片焊接工艺

主要介绍了运用光纤激光器对0.1mm厚度的不锈钢金属片进行激光拼焊的实验,分析了实验中激光功率、激光脉宽、焊接速度、激光频率对形成的熔池和焊接效果的影响,总结了激光薄片焊接的基本要素.     

铝合金不等厚板的CO2激光拼焊及数值模拟

采用CO2激光器,在填加和不填加合金粉末两种条件下,进行了不等厚铝合金(5A02,5A06)薄板的激光拼焊,研究了影响焊接过程稳定性和焊缝成形性能的主要因素,并用有限元方法(FEA)对焊接过程的温度场和应力场进行数值模拟,分析了拼焊板的残余应力分布和变形特点.试验结果表明,镁含量较高的铝合金对激光束的吸收率高,因此达到稳定深熔焊的临界功率密度较低,容易获得稳定的深熔焊过程;填粉能提高铝合金对激光的吸收率,使激光焊接中等离子体更加稳定,使焊接过程更趋稳定,更易得到成形优良的焊缝.模拟结果表明,不等厚铝合金板激光拼焊的温度场不对称,不等厚板的残余应力场和应变场也分布不对称,薄板上残余拉应力范围比厚板大.薄板整体变形大于厚板且比厚板复杂.     

CO2激光焊接车身拼焊板

利用CO2激光对汽车车身拼焊板进行了焊接实验,并对焊缝进行了显微组织分析和机械性能分析。采用Ar气作为焊接保护气体,能获得比采用N2气时更好的深冲性能;侧吹保护气体的方法能有效地控制焊缝中的锌含量。研究了焊接熔深和焊缝宽度随激光功率和焊接速度变化的规律。实验结果表明,在优化的工艺参数下,激光焊接车身拼焊板的焊缝中没有出现气孔、裂纹和热影响区(HAZ)软化等缺陷,拼焊板的深冲性能优良;拼焊板的成形性能取决于两种材料的强度比和厚度比,焊缝易于向高强度镀锌钢板一侧偏移;普通钢板越薄,焊缝的偏移量越大。     

激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系

针对激光深熔焊接过程的监控问题,基于小孔内部压力平衡条件分析了小孔振荡和小孔深度的关系。在此基础上基于小孔行为与等离子体行为的耦合性,以及等离子体振荡特征与等离子体电信号波动特征的一致性,利用短时自相关分析方法分析了A304不锈钢和Q235碳钢在激光深熔焊接过程中等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系。结果表明,等离子体电信号振荡周期随焊缝熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系不同。最后,在可变热输入连续焊接验证实验中,在焊接过程稳定的条件下,等离子体电信号的短时自相关分析结果与焊缝熔深之间有比较好的对应关系,与所分析的小孔振荡特征方程具有一致性。     

大功率碟片激光焊接状态多特征融合分析法

为了实现大功率激光焊接状态的实时检测,采用了基于传感器信号多特征融合进行焊缝成形预测的方法,以大功率碟片激光焊接304不锈钢为试验对象,应用分光仪获取焊接过程中的光谱分布,并用紫外波段和可见光波段高速摄像机采集金属蒸气视觉图像,对所提取的特征参量与焊接状态之间的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明,通过建立后向传播神经网络焊缝成形预测模型,取得了熔宽和熔深的预测绝对误差平均值数据分别为0.18mm和0.72mm。该方法能够准确反映熔宽及熔深的状态变化,这一结果对大功率激光焊接状态在线监测是有帮助的。     

高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金

为了解决高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金过程中,焊接熔深的控制、合金元素的烧损、焊缝表面质量的改善等方面难以兼顾的问题,采用固定激光功率和正面焊接保护气的方法,通过改变单一焊接参量,研究了焊接速率、离焦量、搭接板间间隙的变化对焊缝表面质量的影响,并对焊缝内部镁元素的分布规律进行了理论分析和实验验证。结果表明,焊缝的硬度与镁元素的分布相一致;由于熔合线附近晶粒细化和母材镁元素扩散的共同作用,使熔合线附近的硬度高于其它部位;优化参量后的非熔透激光焊接头强度大于电弧铆焊接头,间隙为0.2mm的时候,激光焊接头强度最大,为母材抗拉强度的68.1%。这一结果对指导工业中的铝合金非熔透激光焊接是有帮助的。     

Automated system for laser ultrasonic sensing of weld penetration

An on-line sensor is required for real-time control of penetration depth in robotic welding. Currently, no on-line techniques exist for direct penetration depth measurement. The development of a penetration control system will significantly reduce the costs associated with repairing or scrapping defective welds. Laser array generated ultrasound is a noncontact, nondestructive method that can potentially be used to measure weld penetration. This paper will discuss the design and implementation of an automated system that was used to measure the depth of simulated solidified welds. The system consists of a laser array generation source and an electromagnetic acoustic transducer (EMAT) receiver. Measured penetration results for the simulated weld are compared with the exact results. Experimental results will also be shown for array gain measurements in order to demonstrate the power of the array. This automated system is being modified in readiness for use in actual robotic welding.     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

激光深熔焊焊缝的熔透性监测研究

随着激光焊接在国防工业中的应用越来越广泛，焊接质量的监测和控制逐步成为一项重要的研究内容，而焊缝的熔透性控制是其中最重要的参数之一，特别对于一些密封件而言。通过对伴随激光深熔焊接所存在的光致等离子体的蓝紫光信号相对强度的监测，以判断焊缝的熔透性。利用信号监测系统，在焊接时采集光致等离子体蓝紫光的强度作为原始分析信号，通过对数据的分析和处理，以及大量的实验结果与数据分析结果的对比，寻求信号与焊缝熔透性的关系。研究结果表明，焊缝的熔透性与光致等离子体光信号的累积强度有对应关系，当焊缝全部熔透时，光信号稳定性非常好，而一旦焊缝处于未熔透或熔透性差时，光信号会产生极大的波动。     

316L不锈钢激光-钨极惰性气体复合焊接工艺研究

为了进一步提高316L不锈钢的可焊性,采用Rofin Sinar 5kW快轴流CO2激光器和Miller钨极惰性气体(TIG)焊机,对3mm厚316L不锈钢进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距等工艺参数对焊缝成形的影响规律。在激光功率大于2.5kW时,会产生小孔效应,其对复合焊接熔深影响显著;而当电弧电流小于150A时,焊接熔宽与两热源的热输入关系密切,当电流大于150A时,仅电弧电流是焊接熔宽的决定性因素;热源间距存在一个最佳值2mm~3mm,此时,焊接熔深可提高1.46倍~2.54倍。研究结果表明,复合焊接提高了316L不锈钢的可焊性。     

HE130合金激光焊接线能量与焦点位置研究

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接线能量和激光焦点位置对HE130合金焊缝成形质量的影响。通过试验确定了不同板厚HE130合金激光焊接时的有效线能量 ,并量化了有效线能量与熔深及深宽比的关系 ,得到了HE130合金激光焊接的有效线能量曲线和激光功率与焊接速度在不同板厚范围内的匹配曲线。为获得最佳的焊缝成形 (焊缝深宽比及焊缝背面成形 ) ,通过试验确定了不同板厚HE130合金激光焊接时的最佳激光焦点位置 ,并量化了它与板厚的关系 ,即最佳激光焦点位置曲线。     

高温合金/不锈钢异种材料T型接头激光穿透焊工艺研究

针对飞行器发动机水冷壁结构,进行了GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊试验,主要研究了焊接参数对焊缝成形和焊接裂纹的影响规律,分析了焊接裂纹形成原因,得到了较合理的焊接工艺区间。结果表明,对于GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊,连续焊比脉冲焊更易实现稳定焊接,获得良好焊缝成形。焊接裂纹是接头主要缺陷裂纹都在高温合金一侧产生,控制激光功率、保证对中可降低裂纹产生概率。焊接接头的另一种缺陷是表面下塌,保证间隙小于0.2mm可抑制下塌缺陷的产生。对由41条焊缝组成的模拟件进行了10MPa,5min水压测试,每条焊缝都满足要求。