基于视觉传感的GMAW熔透状态预测

熔透信息的实时获取是实现打底焊接自动化的关键环节之一,通过熔池形状特征预测熔透状态可为熔透信息的有效提取提供参考。鉴于焊工通过视觉观察熔池正面形状特征来对熔透状态进行实时判断,建立基于GMAW的双目视觉传感焊接试验系统。在不同焊接电流及焊接速度下开展打底焊接试验,在焊接过程中实时同步采集熔池正面与背面图像。基于熔池图像特点结合成熟的图像处理算法,提取熔池正面二维与三维形状特征参数以及背面熔宽信息,作为训练样本,以熔池正面形状特征参数作为输入量,以背面熔宽作为输出量。通过BP算法对神经网络进行训练,建立熔透状态预测模型,分析熔池正面形状特征参数与背面熔宽之间的映射关系。采用Garson算法计算出每个形状特征参数对于背面熔宽的权重系数。通过GMAW打底焊试验对熔透状态预测模型进行了验证,试验结果表明,建立的BP神经网络模型可以有效地预测焊缝的熔透状态。     

基于RAPID焊接的起重机结构熔透性应用探索

本文通过熔透性对比及伸臂结构单侧焊接全熔透验证等方面对RAPID焊接技术在起重机结构的应用进行了探索。由实验数据分析可知RAPID焊接可增加焊接熔深,在合理的焊接工艺参数下焊接,能实现特定板厚的坡口焊缝全熔透,且背面成型良好,无未熔合缺陷。     

悬空全熔透SAW工艺技术在钢结构产品中的后续性应用

悬空全熔透SAW焊接是应用于建筑钢结构产品的传统焊接术。由于SAW的熔深、熔透性较好,所以I形平对接熔透性焊缝或H型钢T形角接船形全熔透焊缝多采用不开坡口、不刨焊根悬空焊接工艺,直接进行两面焊接。如果焊接参数选择合适,焊前准备工作充分,技能经验数据运用适当,就完全有可能获得优质的悬空全熔透一级焊缝。     

大径厚壁管窄间隙TIG自动焊

通过研究厚壁管窄间隙焊接侧壁熔透技术,开发厚壁大径管窄间隙TIG组合坡口,设计焊接该种坡口厚壁管的特定范围焊接参数,解决了厚壁大径管窄间隙焊的工艺难点,取得了良好的生产效果。     

深透弧技术在碳钢厚板焊接中的应用研究

采用唐山松下开发的深透弧技术焊接了6 mm、12 mm、16 mm、24 mm、40 mm的碳钢厚板,焊接接头形式为3种T型接头。试验结果表明,深透弧技术比普通熔化极气体保护焊的焊缝熔深大,16 mm以下的碳钢厚板,在适当的焊接工艺下可以减小或不开坡口也能够达到T型接头全熔透的焊接效果,焊接K型45°坡口24～40 mm的碳钢试板,在适当的焊接工艺条件下,能够达到全熔透的焊接效果,且焊后不需要清根处理。深透弧技术适合厚板碳钢打底焊接,熔深形态呈指状熔深,有利于实现根部全熔透焊接。     

压力容器焊接坡口形式与尺寸对埋弧焊熔深的影响

本文根据实验测得的熔深数据完成了焊接坡口形式与尺寸对埋弧焊熔深影响的试验研究。该文论述了I形、Y形和U形三种类型焊接坡口的不同坡口角度与间隙对埋弧焊熔深的影响。对母材熔深作了剖析，结合实验数据详述了母材熔深与余高的关系以及母材熔深与坡口熔深、钝边熔深的关系，并且提出了关系式。     

岸边集装箱起重机厚板T形接头机器人打底焊不清根工艺研究

为实现岸边集装箱起重机连接支座厚板T形接头机器人高效焊接技术的应用,进行机器人不清根打底焊接试验。通过对不同钝边尺寸和不同根部间隙T形接头不清根打底焊熔透情况的研究,探索机器人双面不清根打底焊接工艺。结果表明:当钝边尺寸为0、根部间隙为4~5 mm时,厚板T形接头机器人不清根双面打底焊熔透状况良好。     

低合金钢单面焊双面成形焊接工艺

对低合金钢对接GTAW单面焊双面成形横焊位焊接工艺开展分析研究.通过设计焊接坡口形式及坡口间隙尺寸,确定合理的焊接工艺参数,有效控制对接试件的错边量,背面焊缝成形较好,焊后经MT/UT无损检验及理化性能检测均满足技术要求.低合金钢单面焊双面成形焊接技术已成功应用在蒸汽发生器产品上.     

电弧焊焊接过程数据快速提取方法

为了获取全熔透情况下建立焊缝熔透人工神经网络预测模型所需的大量数据，提出了一套获取焊接熔池正面几何参数和焊缝背面熔宽的方法，并在Windows环境下采用VC 开发了相应的软件。在小电流薄板脉冲TIG焊接全熔透的试验条件下进行了试验，并获得了所需数据。试验证明这种方法高效便捷，是可行的，它为建立全熔透情况下的焊缝熔透的人工神经网络预测模型奠定了基础。     

双频调制脉冲TIG打底焊电弧-熔池行为分析

为提高中厚板核容器焊接制造效率、质量稳定性及满足无衬板打底单面焊双面成形的工艺新要求,设计小角度、大钝边Y型坡口平板对接焊接结构,建立双频调制脉冲TIG焊接试验控制系统,开展多组低频脉冲和双频调制脉冲焊接工艺对比试验,获得坡口角度60°、钝边5mm的试板对接可靠打底单面焊双面成形焊缝。进一步研究分析双频调制脉冲电弧、熔池动态行为变化及熔池表面温度场的演化规律,探究讨论双频调制脉冲电流作用下焊缝熔深增加的原因。结果表明,双频调制脉冲电弧因高频脉冲电磁压缩作用具有更高的能量密度和更强的电弧穿透力,使熔池底部极易形成液态金属薄膜并穿透形成熔孔;同时,双频调制脉冲电弧减弱了熔池顶底部液态金属能量波动,增强熔池热惯性,有效降低熔池凝固速率,增加了焊缝熔深,为熔池单面焊双面成形提供良好的热力动态平衡条件。     

CO2气体保护焊陶瓷衬垫单面焊双面成型的技术探讨

近年来,随着大型船舶建造和大型钢结构现场安装的焊接的需要,CO2气体保护焊陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺在生产中广泛应用。在实际造船和钢结构生产中,存在大量开坡口板与板的对接焊以及开坡口的管板全熔透角焊缝,传统的做法是打底焊,填充焊,盖面焊,然后背面碳弧气刨清根,并采用角向磨光机打磨光亮,去除飞溅、毛刺等杂质后,再进行背面焊接。采用CO2气体保护焊陶瓷衬垫单面焊双面成型,可以一次成形,省去了碳弧气刨的环节、打磨的工作,特别是一些背面没办法焊接的地方,生产效率大大提高,在工程实践中得到广泛的应用。     

高强钢厚板激光-GMAW复合双面同步横焊特性研究

针对30 mm厚船用高强钢10Ni5Cr Mo V对接接头横焊应用需求,开展激光-熔化极气体保护电弧(Gas metal arc welding,GMAW)复合双面同步横焊特性研究。研究结果表明,针对横焊位姿因重力、非对称坡口对熔滴、电弧的影响,利用激光对电弧的吸引和收缩作用,通过减小光-丝间距,有效地抑制了电弧侧壁燃弧,熔滴在电磁力和等离子流力的作用下,稳定过渡到熔池中,实现了熔滴过渡稳定性控制,解决了激光-GMAW复合横焊位姿电弧偏离和熔滴下落等过程控制难题与侧壁未熔合问题;厚板激光-GMAW复合双面同步横焊包括打底层和填充层焊接,其中打底层焊接是保证接头焊接质量的关键;采用激光-GMAW复合双面同步横焊新方法,4道焊接完成了30 mm厚船用高强钢10Ni5Cr Mo V横焊位姿的高强、高效连接。焊缝表面成形良好,无裂纹、未焊透和侧壁未熔合等缺陷。接头的抗拉强度高于母材,且其–50℃冲击吸收能量为57.3 J。     

铝合金双面双弧同步立焊工艺特征与接头组织性能分析

采用双面双弧同步立焊工艺方法,对8 mm厚5083铝合金进行自熔试验,I形坡口一次熔透,焊缝成形美观。通过调节两侧电弧热量配比研究熔池成形规律,并从焊接接头的微观组织、力学性能分析其连接机理。研究结果表明,随着热输入的增加,双面双弧同步立焊热量加速集聚,熔深以三次幂函数的速度增大。双面双弧同步立焊接头轮廓呈“双曲线形”,而相同热输入下的单面焊接头则呈“倒马鞍形”。总热输入一定的情况下,双面双弧接头正面熔宽随能量配比系数的增大而增大,反面熔宽随能量配比系数的增大而减小,中间熔宽基本不变,熔化面积随能量配比系数的增大先增大后减小;能量配比系数一定时,随着焊速的增大,接头熔宽和熔化面积均减小。母材组织为条带状纤维织构,热影响区发生静态回复与再结晶,变形组织消失,产生新晶粒,焊缝区主要由α-Al固溶体、β相(Al8Mg5)质点和骨骼状的Mg2Si析出相组成。焊缝的抗拉强度随着能量配比系数的增大而减小,拉伸断裂形式为韧性断裂。热影响区出现软化现象,双弧交汇区硬度低于正面焊缝区。     

基于区域生长算法激光深熔焊监测图像处理研究

根据同轴监测系统采集到的熔池和小孔的同轴视觉传感原始图像特点,分析了数字图像处理的方法并提出相应图像处理的流程。通过监测沿垂直速度方向熔池灰度分布实现了对熔宽的监测,通过对小孔顶部和底部尺寸的监测实现对熔透状态的监测。经过图像处理后的焊接区域同轴监测图像可以清晰的获得熔池轮廓及小孔尺寸,为实现焊接过程中熔池宽度和小孔的穿透状态的监测做准备。针对激光对接焊,提出焊缝跟踪的处理算法,不仅实现了焊接质量包括熔宽与熔透状态的监测,还实现焊接质量与焊缝跟踪一体化监测。     

摇动电弧窄间隙立向上MAG焊接技术

针对厚壁大型容器或储罐的立向上窄间隙焊接,提出了一种摇动电弧窄间隙立向上MAG焊接技术,以空心轴步进电动机直接带动折弯导电杆摇动,带动从导电嘴中送出的带有电弧的焊丝在坡口内作圆弧形摇动,并在坡口侧壁作一定时间停留,以达到改善坡口两侧壁熔深的目的,同时保证焊缝在立向上状态下自由成形。焊接试验结果表明:该技术能在立向上焊接时获得良好的焊缝成形,也能形成一定的侧壁熔深;多层焊试验时,焊缝成形良好,达到了减少熔敷金属量,提高焊接效率的目的。     

100mm EH36-Z35钢CO2焊+埋弧焊焊接工艺及应用

提出一种100 mm厚EH36-Z35船用高强度钢板对接,采用不对称"X"坡口、焊缝背面不清根、正面CO2焊打底一道,其余焊道埋弧焊的组合焊焊接工艺。对其进行焊接工艺试验,并在深海采矿船EH36-Z35船用高强度钢厚板对接缝应用;工艺试验与现场应用结果表明,焊接接头性能良好、质量稳定,改善施工环境,提高焊接效率。     

单面焊双面成型的焊接工艺试验

针对单面焊双面成型技术的特点,焊接试验采用实心焊丝混合气体保护焊进行打底焊,药芯焊丝CO2气体保护焊进行填充、盖面焊的方法,达到了满意的效果,保证了根部焊缝的熔透性,焊缝成型美观,质量高。     

Monel—400合金厚板的手弧焊工艺试验研究

对Monel-400合金厚板进行对接接头的手弧焊试验及不同工艺条件下焊道形状参数的测定。结果表明：在通常的焊接工艺条件下,焊缝中容易产生气孔、未焊透及未熔合;焊道的熔深、熔宽较小,堆高较大。分析其原因,认为这与该合金的热物理性能及焊道的成形特点有关,并从焊接工艺方面提出了防止措施。     

活性激光电弧复合焊接法研究

为了进一步提高激光电弧复合焊接的熔深,提出活性激光电弧复合焊接法。在氧气的保护下,用小功率光纤激光在待焊焊件表面进行预熔处理,使表面熔化生成一层氧化层,然后用激光电弧复合焊接覆盖氧化层,达到增加熔深的目的。结果表明,激光预熔后进行激光电弧复合焊接,电弧明显收缩,熔深增加1.5倍左右,表面成形良好。激光预熔后,焊缝含氧量增加,熔池表面张力温度系数由负变正,使得复合焊接熔深增加。研究工艺参数对焊缝熔深和熔宽的影响,随着激光预熔功率的增加,熔深增加熔宽减小;随着电流的增加,熔深熔宽都增加,但激光预熔后的焊道增加更快。随着复合焊接速度的增加,熔深和熔宽都减小。随着复合焊接中激光功率的增加,熔深增加,对熔宽的影响较小。利用活性激光电弧复合焊接法,可以得到较为细小的焊缝组织,提高焊接接头的抗拉强度,能达到母材抗拉强度的95%,且面弯和背弯180°后未出现裂纹,表明接头具有良好的韧性。     

CO2气体保护焊的焊缝形貌建模及虚拟化仿真系统开发

建立了CO₂气体保护焊工艺参数与焊缝几何尺寸(熔宽、熔深)之间的多层感知机神经网络预测模型,并基于焊接试验数据训练模型,确定了模型的数学解析式;通过分析焊缝截面和表面形貌特征,建立焊缝形貌的虚拟化仿真模型;通过python编程开发了焊缝形貌预测与虚拟化仿真系统。结果表明：所建立的多层感知机神经网络预测模型对熔宽预测的最大偏差为0.097 mm,模型拟合优度为0.999 269,对熔深预测的最大偏差为0.051 mm,模型拟合优度为0.999 567;建立了以焊缝熔深和熔宽为输入变量的焊缝截面形貌数学模型和以焊缝熔宽为输入变量的表面形貌数学模型。