大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

激光-熔化极惰性气体(melt inert gas,MIG)复合焊过程中容易出现根部驼峰缺陷,为了实现焊接过程根部驼峰缺陷的同步预测,研究根部驼峰缺陷预测的算法并对其预测结果进行分析. 采用高速摄像机进行复合焊接过程的实时视觉传感采集,提取焊接过程的正面熔池和匙孔的时序特征信息,并对这些特征信号进行小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)与重构. 应用激光扫描仪获得背部焊缝余高,以此作为驼峰状态标记的依据. 再通过长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络对焊接过程中根部驼峰状态进行预测. 结果表明,WPD-LSTM算法对根部驼峰预测的准确率达到97.85%. 相比其它算法,基于焊接过程正面视觉传感时序特征信息的WPD-LSTM算法预测准确率更高,且预测结果具有较高的连续性,有利于实现对焊接过程根部驼峰缺陷的同步检测与控制.     

大功率光纤激光焊熔宽预测方法

本文针对大功率（10kW）光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊,研究一种在线熔池宽度预测的新方法,首先由图像处理获得熔宽的实时测量值,然后用有限冲激响应FJR（FiniteImpulseResponse）滤波器对其滤波使得宽度值平滑,分析熔宽实时测量值经过FIR滤波后与熔宽实际值之间的关系。     

大功率光纤激光焊焊缝跟踪偏差测量新方法

针对大功率光纤激光焊,分析一种基于近红外图像识别的焊缝跟踪偏差测量新方法.通过高速摄像机获取动态熔池近红外图像序列,分析熔池近红外图像的灰度分布特性,利用图像灰度梯度提取熔池温度分布参数.该参数能够体现激光束偏离焊缝时熔池表面温度的变化特性.以熔池温度分布参数作为特征测量值,利用最小二乘法建立焊缝路径与激光束偏离的近红...     

激光-MIG复合焊熔透状态评价方法

在有坡口间隙对接焊时,焊缝根部成形状态是衡量复合焊搭桥质量及其适应能力的重要指标.提出了以背面相对熔宽作为CO2激光-MIG复合焊熔透状态的定量评价指标,并以此为依据将熔透状态分为未熔透、适度熔透和过熔透,其中适度熔透是最佳的熔透状态.基于相对熔宽的评价指标,研究了工艺参数及坡口间隙变化对熔透状态的影响规律:通过调节激光功率、焊接电流或焊接速度增加热输入,都可使背面相对熔宽增大,从而改变熔透状态;随着坡口间隙的增大,熔透状态从未熔透过渡到适度熔透,再过渡到过熔透.     

激光-MIG复合焊熔透状态视觉检测方法的研究

激光-MIG复合对接焊中,熔透状态是反映焊缝成形质量的重要指标.为获得反映熔透状态的信息,在此采用视觉传感器时焊接过程中的熔池正面、小孔图像、熔池背面分别进行了检测.结果表明,在复合对接焊条件下,采用熔池正面图像检测或小孔热辐射图像检测的方法,不能判断出熔透状态.采用主动照明的拍摄方式并选用合适滤光片的熔池背面图像的视觉检测方法,能够获得反映焊缝熔透状态的图像.     

大功率光纤激光焊熔池形态及焊接稳定性分析

在大功率光纤激光焊接过程中,熔池热辐射含有丰富的焊接质量信息,熔池形态及其变化特征与焊接稳定性密切相关.研究一种基于红外热像的大功率光纤激光深熔焊熔池形态分析及焊缝质量稳定性评价的方法.以10 kW大功率光纤连续激光焊接304不锈钢为试验对象,应用近红外传感高速摄像机摄取熔池动态热像,通过动态自动阈值和数学形态学方法重...     

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明：母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。     

轨道车辆不锈钢车体激光焊部分熔透搭接接头疲劳性能研究

根据部分熔透搭接激光焊工艺特点和结合不锈钢车体侧墙结构,采用不同规格厚度及表面加工类型组合不锈钢进行部分熔透搭接激光焊,焊后对试样进行腐蚀和疲劳试验,以研究其疲劳性能。试验结果表明：疲劳裂纹均启裂于下板上表面的热影响区,并向下板内部扩展;在试样的宽度方向上,裂纹从下板一侧启裂,向另一侧扩展。疲劳断口扫描电镜分析发现,所有断口整个断裂界面比较粗糙,未观察到明显韧窝和腐蚀引起的点腐。在相同疲劳循环次数的条件下,激光焊部分熔透搭接接头疲劳强度随厚度增加而提高。腐蚀疲劳试验结果表明,在高载荷条件下,腐蚀时间对接头疲劳性能的影响较小;随着疲劳循环次数的增加,腐蚀对接头疲劳性能的影响逐渐增大。     

轨道车辆不锈钢车体激光焊部分熔透搭接接头焊接痕迹研究

根据部分熔透搭接激光焊工艺特点和结合不锈钢车体侧墙结构,采用不同规格厚度及表面加工类型组合及不同激光焊工艺进行试件焊接,焊后目视检测焊接痕迹的可接受性.试验结果表明:下板至少需选择2.0mm及以上厚度,焊接方向与拉丝方向相同时焊接后未焊接侧外观质量最好;下板熔深s在0.3～0.6mm时,厚2.0 mm下板未焊接侧外观美...     

激光焊接体能量及其对激光深熔焊缝熔深的影响

定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接工艺参数对激光深熔焊接过程的影响,并分析了焊接体能量对激光深熔焊缝熔深的影响.焊接体能量与激光功率成正比、与焊接速度成反比、与离焦量成四阶指数关系,与焦点尺寸成平方关系.结果表明,在激光深熔焊接过程中,焊接体能量决定焊缝熔深;随着焊接体能量的增大,焊缝熔深近似呈线性增大.     

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。     

基于数学模型的大功率碟形激光焊支持向量回归熔宽预测

在焊接质量控制过程中,一个重要的考察因素就是熔宽。焊接是一个多因素强耦合问题,为了研究预测熔宽变化情况,采用支持向量机回归熔宽预测。构造出支持向量回归模型,并利用实验数据验证其准确性,借助于BP神经网络作为对比,以检验支持向量回归熔宽预测的效果。结果表明,BP神经网络和支持向量都能够很好地用于大功率碟形激光焊接过程,其中SVR更加合适,并且支持向量机预测效果在步数相同的情况下明显优于BP神经网路的预测结果。SVR在N=3时取得最优值,可是计算量与计算时间随N值减小时反而会增加,在综合了多方面的因素后,最终确定N=10为最优解。     

K418与42CrMo异种金属激光深熔焊接

研究了连续波Nd:YAG激光焊接功率、速度、离焦量和侧吹保护气流量对激光深熔焊接K418与42CrMo异种金属焊缝形貌、焊缝熔深的影响,讨论了焊缝区热裂纹产生机制.结果表明,额定功率为3 kW的Nd:YAG激光深熔焊接K418与42CrMo异种金属,由于它们的物理化学性质的差异,焊缝靠近42CrMo侧易出现未熔合;激光光斑向42CrMo侧偏移可以减少焊缝靠近42CrMo侧未熔合量;通过优化侧吹保护气流量和离焦量可以增加熔深.由于K418液态金属的流动性差,导致焊缝靠近K418侧对流传热不充分,使焊缝靠近K418侧熔合线呈现锯齿形.焊缝区热裂纹的产生主要是由于焊缝区元素偏析形成的低熔物导致.     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。     

盘型激光焊接状态多传感信息融合分析

针对大功率盘型激光焊接状态,研究一种基于支持向量机的多传感信息融合分析方法. 使用紫外、可视和红外波段的两个高速摄像机同时获取激光焊接过程中金属蒸气、飞溅和熔池动态图像. 通过模式识别技术提取焊接过程多传感信息特征及进行数据主成分特征分析,并以焊缝宽度变化作为衡量焊接状态稳定性的参数. 运用支持向量机融合各特征,通过网格搜索和粒子群算法优化支持向量机参数,建立基于支持向量机的多传感信息融合模型. 结果表明,支持向量机多传感信息融合方法能够有效预测焊缝宽度变化趋势,为大功率盘型激光焊接状态的实时监控提供试验依据.     

Experimental study of weld position detection based on keyhole infrared image during high power fiber laser welding

Keyhole is one of the important phenomena in high-power laser welding process. By studying the keyhole characteristic and detecting the seam offset during high-power fiber laser welding, an infrared sensitive high-speed camera arranged off-axis orientation of laser beam was applied to capture the dynamic thermal images of a molten pool. The 304 austenitic stainless steel plate butt joint welding experiment with laser power 10 kW was carried out. Through analyzing the keyhole infrared image, the weld position was calculated. Least squares method was used to determine the actual weld position. Image filtering technique was used to process the keyhole image, and the keyhole centroid coordinate were calculated. Also, least squares method was used to fit the keyhole centroid curve equation and establish a nonlinear continuous model which described the deviation between keyhole centroid and weld seam. The heat accumulation effect affected by the infrared radiation was analyzed to determine whether the laser beam focus spot deviated from the desired welding seam. Experimental results showed that the keyhole centroid has related to the seam offset, and can reflect the welding quality.     

基于阴影的激光深熔焊熔池形态分析

熔池形态特别是熔池体积使用现有测量手段难以直接进行测量.采用大功率盘形激光对304型不锈钢厚板进行平板堆焊,通过外加辅助强红外激光光源投射熔池阴影,采用高速摄像机加装组合滤光片摄取清晰地熔池及其阴影动态图像,提取焊接过程中熔池投射阴影的面积变化,并进行一元线性回归和相关性分析.结果表明,熔池的阴影面积变化与焊接质量存在正相关性,为焊接质量检测提供了新方法.