304不锈钢激光焊接匙孔瞬态行为分析

针对激光焊接过程匙孔瞬态行为难以观察的问题,建立了304不锈钢激光焊接过程熔池和匙孔之间瞬态耦合的三维模型,开展了匙孔瞬态行为研究。采用了光线追踪热源描述激光能量分布,涉及了流体流动、蒸发潜热、Marangoni剪切力、反冲压力和表面张力等各种物理因素;通过304不锈钢激光焊接试验对所建模型进行了验证,模拟的焊缝横截面形貌与试验结果吻合较好,表明所提出的模型能够反映激光焊接过程;基于模拟结果图像,提取了焊件纵截面和焊件上表面的匙孔特征信息,对匙孔瞬态行为进行了分析。研究结果表明:匙孔瞬态行为受气泡影响,纵截面上匙孔面积因气泡破裂而增大;焊件上表面匙孔开口长度与匙孔后壁倾角相关;与匙孔开口宽度相比,匙孔纵截面上面积和匙孔长度变化幅度更大。     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

利用旋转Gauss曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型.利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和"钉头"状的熔池形状.数值模拟结果与试验结果基本吻合.     

低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

激光-电弧复合热源焊接技术由于具有焊接熔深大、效率高、质量好等优点而受到广泛关注。采用低功率脉冲激光-钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧复合热源技术进行镁合金板材的焊接,研究激光脉冲作用消失之后的等离子体行为和激光"匙孔"行为。在上述试验结果的指导下优化工艺参数,对比研究采用单独激光焊、TIG电弧焊和复合热源焊这三种方法实现镁合金板材对接焊相同效果时焊接效率的差异。研究结果表明,激光"匙孔"和"匙孔"等离子体的形成是实现复合热源高效焊接的前提条件,恰当的工艺参数可以使得激光"匙孔"维持稳定的开口状态,这种状态提高了电弧的稳定性和能量密度,延长了镁等离子体的恢复时间,因此能够提高复合热源的焊接效率。达到相同焊接效果时复合热源的焊接效率分别达到单独激光焊接效率的7.14倍和单独TIG电弧焊接效率的4.29倍。     

激光摆动焊接6061铝合金板材焊缝成形工艺研究

为了探究激光摆动焊接铝合金的工艺特性,开展了手持摆动焊接头焊接6061铝合金的实验,对比分析了焊接速度、激光功率、振镜速度等工艺参数对焊缝宏观形貌的影响。通过高速相机捕获的实时动态影像,分析了激光摆动焊接匙孔的形成与特征,以及摆动焊接下熔池的形成与保持。实验结果表明,焊接速度与激光功率对焊缝形貌的影响较大,振镜速度应与焊接速度相匹配,即焊接速度慢对应振镜速度低,快速焊接对应振镜速度快。激光摆动焊接的匙孔会随着激光光斑的摆动变大,且匙孔始终位于焊缝中央,激光光束的摆动会搅拌熔池,影响熔池的热力耦合与焊缝成形,形成稳定均匀的鱼鳞纹状焊缝形貌。     

激光焊接不锈钢熔池图像分割算法

激光焊接熔池的形态及其变化与焊接质量密切相关。设计高速视觉传感系统,通过增加特定波长辅助光源照射熔池,获取熔池形态相关信息。通过分析熔池及其阴影与背景的特点,将图像分为左右两部分,分别采用不同组合的数学形态学处理,分割出熔池及其阴影的区域。通过试验验证,该算法能够有效分割熔池及其阴影,为后续熔池形态变化及焊接质量分析打下了基础。     

激光材料加工熔池流动行为实验研究进展

熔池作为激光与材料相互作用过程的基本单元，其内部传热、传质过程对微观凝固组织和宏观缺陷的形成有重要影响。掌握激光材料加工熔池流动行为机制，并采取有效的调控手段是获得高质量激光材料加工成形件的关键。随着试验设备与技术的不断发展，激光材料加工熔池流动研究正朝深度化和精细化方向发展，并取得了大量研究成果。系统介绍了熔池流动行为实验研究方法的发展和应用，重点综述了激光焊接和激光增材制造过程熔池/匙孔流动行为国内外研究进展。首先介绍了熔池流动的受力机制及其主要影响因素；然后回顾和讨论了使用直接法和间接法对熔池流动的可视化实验研究进展，并对目前熔池流动行为的主要调控手段进行了总结。最后，对进一步熔池流动行为机理研究和更高效的熔池流动调控手段进行展望。     

高氮钢激光-电弧复合焊接熔池表面流动行为

焊接熔池流动行为是影响焊缝成形和接头质量的关键因素之一,其特征难以直接获取。试验采用ZrO₂颗粒作为示踪粒子,利用高速相机观察示踪粒子运动轨迹,开展高氮钢激光-电弧复合热源焊接熔池表面流动行为的研究。研究结果表明：单独激光焊接时,其熔池的流动主要受匙孔尺寸变化的影响;单独电弧焊接时,其熔池的流动则主要受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响;而激光-电弧复合焊接时,其熔池的流动既受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响,同时,匙孔的存在也会影响其熔池的流动。在激光-电弧复合焊接过程中,示踪粒子的直线移动距离随着焊接电流和电弧电压的增加而增加;而激光功率的改变对其直线移动距离的影响并不显著。研究结果揭示了不同焊接工艺及其参数对高氮钢焊接熔池表面流动行为的影响规律,为高氮钢焊接工艺的选择提供了理论依据。     

基于CCD的激光焊接熔池视频监控系统的研究

简要叙述了有关激光焊接及CCD数字视频采集技术。在此基础上,提出了一个基于CCD摄像机为传感器,以激光焊接的熔池图像数据作为监测和控制对象的实时监控系统结构,并对系统各组成部分进行了讨论。     

深熔激光焊接数学模型研究现状

对已有的有关深熔激光的数学模型的类型、建模方法及其应用进行了讨论，评述了深熔激光焊接小孔和熔池形状数学模型的研究现状，对深熔激光焊焊缝形状预测和工艺参数优化人工神经网络模型等典型的模型进行了介绍。     

基于M带小波变换的焊接熔池图像边缘检测

利用M带小波变换理论对CO2焊图像进行处理。基于Mallat小波模极大值边缘检测技术，研究了熔池边缘和焊缝位置的M带小波检测方法及算法实现，对边缘检测结果进行了分析。对CO2焊图像处理结果表明，用M带小波变换理论构造的小波基对提取熔池边缘和焊缝位置效果较好，可用于熔深控制、焊缝跟踪等领域。     

激光焊接过程中小孔行为对光、声的影响

利用错边试样的激光焊接实验来研究小孔行为对等离子体光、声辐射信号的影响。发现等离子体光辐射强度仅受被焊材料蒸发量的影响。而等离子体声信号的强度以及光、声信号的频谱分布都受到小孔行为的制约,在不能出现小孔的情况下,等离子体失去了周期性行为。     

GMAW焊熔池图像处理算法

根据GMAW焊的特点,建立焊接熔池图像传感系统,获取了清晰的熔池图像,并对焊缝熔池图像的特征进行分析。采用自适应维纳滤波、GAMMA值增强和Otsu阈值分割进行图像预处理,并采用形态学开运算和Prewitt边缘检测算子对图像进行了后处理。结果表明,这套算法能够对熔池图像进行有效地处理,获得清晰完整的熔池边缘。     

入射角度对激光熔凝层组织及性能的影响

采用HL-1500型CO2激光加工机,以不同入射角度对40Cr钢进行激光熔凝处理,利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、恒电位仪及磨粒磨损试验机等对熔凝层进行显微组织观察和性能测试。结果表明:熔凝层分为表层、中间层及过渡层;随着入射角度的增大,熔凝层的组织变得粗大,显微硬度逐渐下降,耐磨性呈降低趋势;熔凝层的耐蚀性比基体有所提高。     

铝合金MIG焊正面熔池图像视觉传感与处理

建立了铝合金脉冲MIG焊熔池图像检测CCD视觉传感系统。应用窄带滤光的方法成功地解决了强弧光干扰，通过大量试验，在获取清晰焊接熔池区图像的基础上，分析了铝合金焊接熔池图像的特征，研究了适合铝合金MIG焊熔池图像处理方法和熔池几何尺寸的边缘检出方法，获得了满意的熔池边缘特征图像，为进一步实现铝合金MIG焊接熔透智能控制奠定了基础。     

活性剂钨极惰性气体保护电弧焊接熔池行为的观察

利用高速数字摄相机对涂敷活性剂与不涂活性剂条件下的熔池表面流体流动形态及等离子体行为进行观察.利用X射线实时焊缝数字观察系统,用钨粒子示踪法测试熔池流体流动的规律.试验结果表明,活性剂使电弧收缩、改变熔池流体的流动方向并使流体流动速度加快,有活性剂时的涡流流动速度比无活性剂的涡流流动速度增加4倍,强烈的熔池流体向内对流是活性剂钨极惰性气体保护电弧焊熔深增加的主要原因,验证了数值模拟得到的结果.