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.     

熔池形状检测与控制及数值模拟研究现状

焊接生产过程中,保证焊接质量尤为重要.焊接过程中熔池的形态参数变化、流体流动和表面变形都会影响焊缝成形和焊接质量,近几年来,国内外专家学者在焊接研究领域取得了大量的研究成果,本文综述了较先进的熔化极气体保护焊和惰性气体钨极保护焊中焊接熔池特征参数的检测与控制方法,以及钨极氩弧焊的熔池形状与表面变形的数值模拟和双丝共熔池...     

激光焊熔池图像三维形态恢复算法分析

利用熔池图像表面的明暗变化恢复熔池表面三维形态,分析熔高和熔宽等特征与焊接质量的关系.试验装置采用红外激光辅助光源和带有近红外窄带滤波组合系统的高速影像设备实时捕捉熔池动态图像,并根据统计学估计光源位置参数,采用基于单幅熔池灰度图像的明暗恢复形状技术(shape from shading,SFS)中的局部分析算法来恢复熔池三维表面形态,并通过中值滤波和三次样条插值对三维重建后熔池形状进行去噪和平滑处理.结果表明,所采用的方法能有效地恢复熔池表面信息,为大功率盘形激光焊接过程中根据熔池二维图像预测焊缝成形提供了一种方法.     

混合气体保护焊的视觉监测分析

通过视觉技术获取焊接熔池的特征信息,可对焊接质量进行有效的实时监测。研究了焊接机器人系统混合气体保护焊焊接过程的特点,利用工业摄像头获取了清晰的熔池监测图像,并对不同焊接参数下平板焊接过程进行了实际监测试验。分析表明,视觉监测图像能够明显反映焊接外部质量的变化,对于内部质量如熔透深度的表征需要进一步的定量分析处理。     

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...     

基于红外热成像技术的管道激光/电弧复合焊质量在线监测系统

利用福禄克RAYPi20HTRC红外热像仪,获取焊接熔池的红外热成像图像,通过软件对焊接熔池热成像图像进行处理,依据焊接熔池温度梯度分布对当前时刻焊接成型和焊接质量进行判断,识别和判断焊接缺陷,利用算法和程序对焊接质量进行评估,并记录当前的焊接时间和焊接点位,生成焊接记录。系统经过油气管道激光/电弧复合焊接应用试验具有运行稳定、质量评价与缺陷判定准确的特点,可以为现场焊接质量监测和后续焊接质量检测提供重要参考,具有重要工程应用意义。     

基于同轴图像传感的激光焊接过程质量监测技术

针对激光焊接过程中由于参数不匹配、装配误差等原因造成的焊接过程不稳定等焊接缺陷,基于同轴图像传感技术,建立起一套激光焊接过程中的质量在线监测系统,对焊接过程中的熔池图像进行了采集分析及其熔池特征信息的提取. 结果表明,在激光功率为1 500 W的不等厚不锈钢薄板激光焊接试验条件下,焊接过程中的不稳定、下塌缺陷以及焊偏现象与熔池形状各特征信息变化具有一定的相关性. 结合BP神经网络算法对所提特征信息进行分类、识别,基于LabVIEW软件平台,可实现相应缺陷的自动化识别及报警功能.     

Ni-Cr二元合金焊接熔池中柱状枝晶生长模拟

通过构建元胞自动机与有限差分耦合的CA-FD(cellular automaton-finite difference)模型,实现Ni-Cr二元合金焊接熔池柱状枝晶生长过程的模拟,研究熔池边缘柱状晶的生长过程以及该过程中的溶质浓度分布形态.模拟结果再现了焊接熔池中二次、三次枝晶的生长,枝晶间的竞争生长以及晶界偏析等微观现象.基于模拟结果深入分析了焊接熔池中枝晶生长的特点,同时对溶质浓度场进行了定量分析.对模拟结果的分析表明,焊接熔池中枝晶间竞争生长激烈,枝晶形态复杂,枝晶偏析和晶界偏析显著.     

TA15合金激光焊接熔池形貌及温度场分析

熔池作为所有熔焊工艺的最主要研究对象,其特征决定了最终焊缝成形质量.利用高速摄像系统对焊接过程中的熔池进行实时监测,可获得熔池在任意时刻的热图像.通过对TA15钛合金激光焊接熔池热图像进行分析计算,得到熔池的一系列特征量(主要有熔池宽度和熔池长度),重点分析了激光焊接热输入(单位厚度焊接线能量)与熔池特征量间的关系以及温度场的特点.结果表明,熔池长度和熔池宽度都随焊接热输入的增加而增加,并基本呈线性增长;焊接速度减小时,熔池宽度和熔池长度都随之增大,并且熔池长度增大得更快;激光功率减小时,熔池宽度和熔池长度随之减小.熔池内部温度分布较不均匀,尤其是过热液态区域.     

非对称角根焊中焊枪偏移与熔透形态的关系

中厚板单侧开V形坡口角焊缝由于两侧结构不对称,根部焊接时散热差异大,易产生未熔合缺陷. 为保证根部打底焊良好熔透成形,提出根据正面熔池形貌变化实时调整焊枪角度的策略,提升焊接熔透质量. 结果表明,随着焊接角度变化,焊枪相对熔池发生了有规律位置偏移. 对采集到的正面熔池图像进行中值滤波等处理后获取焊枪中心的位置坐标,并研究了不同角度焊接的内部熔透形态,建立了熔池正面焊枪位置偏移量与内部熔透形态的定量关系,为利用正面熔池特征信息预测控制焊接内部熔透形态提供了一种新的方法.     

CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学

CuZnSnSi合金钎料在钎焊钢工件中具有良好的综合性能.为进一步探究其合金性能,借助差示扫描分析(DSC)和热重分析(TG)技术,分别采用微分非等温法和积分非等温法分析了CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学.结果表明,CuZnSnSi合金的相变温度范围为1150.5~1221.5 K,吸热峰温度为1174.46 K,在相变过程中没有化学反应,但出现升温段的吸热峰温度滞后于降温段的放热峰,说明了合金钎料在结晶过程需要一定的过冷度;非等温分析法计算得到合金钎料相变表观活化能为615.72 kJ/mol;由Arrhenius公式得出合金钎料相变速率常数k的变化规律为1.71×1027exp(-6.16×10⁵/RT).     

电子束横焊3mm纯铌板的熔池形态研究

高能加速器纯铌超导腔内导体,要求加工后的外表面光滑平整,以保证其特殊性能的要求。在电子束平焊全熔透情况下,超导腔焊缝正面在反冲压力作用下易发生未焊满及塌陷等缺陷。本文采用合适的电子束横焊工艺参数,得到了符合工艺要求的正面余高焊缝。并且建立了3mm厚的高纯铌板横焊过程的二维模型,针对不同的焊接参数分别设计了不同尺寸和形状的熔池,结合VOF算法,模拟焊接熔池里液态金属自由表面存在状态,得到了不同焊接参数下熔池的演变过程。实验结果显示,焊接熔宽随焊接线能量的升高而增大,数值模拟与实验结果较吻合。     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。     

A device for removing metal from the weld pool when studying the shape of the weld pool

The dimensions and shape of a weld pool have a strong effect on both the technological and service parameters of welded joints. To investigate the shape and dimensions of a weld pool, a device for removing molten metal from the pool cavity for different materials and thickness of the welded specimens was designed and constructed. Investigation of the shape of the pool in laser welding showed special features of the pool in comparison with arc welding     

基于视觉传感的摆焊管道立焊熔池特征分析

对摆动电弧GMAW焊在全位置立焊区间的熔池特征进行了研究,设计一套管道全位置焊接视觉监测系统。采集清晰的熔池序列图像;分析一个电弧摆动周期的立焊熔池变化特点;采用数学形态学的算法获取熔池轮廓。结果表明：定义的熔池视觉特征参数能有效地区分全位置焊不同立焊区间的熔池。在摆动电弧的作用下,立向上焊与立向下焊的熔池特征存在明显的差异性,立向上焊的熔池长与熔池面积较立向下焊分别大21%与10%,立向上焊的熔池尾部轮廓线呈水平状态,而立向下焊的熔池尾部呈现明显下凹特征。     

Neural network modeling and intelligent control of FCAW penetration

The neural network modeling of FCAW penetration is researched in this paper, molten pool image is acquired by CCD, and preweld gap is gotten from laser vision system, the weld penetration is estimated according to the information include welding current, welding voltage, weld width, molten pool half length and gap width. The training samples of network can be partially gotten by numerical simulation. Single neuron self-tuning PID weld penetration controller is designed, and improved Hebb learning algorithm is applied for weights adjusting. Welding current is adjusted to make the weld penetration stable. The results of experiment with various cross-section and preweld gap workpiece show that this system is suitable to molten pool control.     

大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

熔透是评价激光焊接质量的重要因素,但在焊接过程中难以直接检测熔透状态.以大功率光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊缝为试验对象,研究一种基于熔池红外热像的熔透状态识别方法.采用红外摄像机摄取焊接区域熔池动态图像,提取熔池特征量,应用模糊聚类算法分析熔池特征量与熔透状态之间的关系,使用模糊C-均值（FCM）和Gustafson-Kessel（GK）两种模糊聚类法建立熔透状态识别模型.激光焊接试验结果表明,熔池表征与熔透状态之间存在密切关联,通过GK模糊聚类算法建立的模型对熔透状态能达到78%以上的识别率,为大功率光纤激光焊接过程熔透状态的识别和控制提供试验依据.     

Neural network modeling for weld shape process of P-GMAW

Weld shape control is a fundamental issue in automatic welding. In this paper, a double side visual system is established for pulsed gas metal arc welding （ P-GMAW） , and both topside and backside weld pool images can be captured and stored continuously in real time. By analyzing the weld shape regulation with the molten metal volume, some topside weld pool characterized parameters （WPCPs） are proposed for determining penetration in butt welding of thin mild steel. Moreover, some BP network models are established to predict backside Weld pool width with welding parameters and WPCPs as inputs.     

活性MAG焊电弧特征及熔池流动分析

提出了活性熔化极气体保护焊新方法,可增加焊接熔深,改善难熔焊接结构的熔合不良,获得高质量的焊接接头.对活性熔化极气体保护焊电弧状态和熔池表面形态进行了采集和分析,用钨粒子示踪法进行试验,分析了电弧形态和熔池流动.结果表明,活性熔化极气体保护焊电弧收缩显著,电弧形态更加集中,熔池内部液态金属的流动方向为从熔池周边向中心流动,熔池流动更为有序.对于钢的活性熔化极气体保护焊方法,熔池流动行为改变是增加焊接熔深的主要因素.