金属蒸汽和飞溅图像特征分类的大功率盘形激光焊稳定性分析

采用对金属蒸汽图像特征进行分类的方法来评估焊接过程的稳定性。使用高速摄像机实时获取大功率盘形激光焊接过程中金属蒸汽和飞溅图像,定义并提取飞溅面积和个数、飞溅灰度图像平均灰度和熵、金属蒸汽质心与焊接点的坐标比以及金属蒸汽质心的极坐标（矢径和极角）等7个金属蒸汽和飞溅特征。为实现降维,使用Karhunen-Loeve变换法将7维特征向量转换为3维特征向量,同时使用K近邻法将图像分成焊接质量较好与较差两类。实验结果表明,金属蒸汽及飞溅与焊接稳定性有密切的联系,使用K近邻法对Karhunen-Loeve变换后的图像进行分类可以获得较好的效果,实现焊接状况的评估。     

薄板激光拼焊背面金属飞溅的形成和抑制方法

焊缝背面金属飞溅是薄板激光拼焊常见的问题,对焊缝美观和表面耐蚀性能造成影响。通过激光功率和焊接速度匹配,在保持焊接线能量相同的情况下得到了不同的焊缝成形和金属飞溅量。对于速度为6 m/min的焊接过程,改变激光入射方向和离焦量以实现焊缝成形,减少金属飞溅量。试验结果表明:金属蒸汽从匙孔下方喷出和下方开口处液态金属的堆积是造成大颗粒和巨颗粒飞溅的主要原因。激光沿焊接方向入射时,增加离焦量有利于减少匙孔下方的金属蒸汽喷发量,有助于在高速焊接时降低焊缝背面的金属飞溅量。     

YAG激光焊接5A90铝锂合金金属蒸汽/等离子体特征

利用光谱测量、高速摄像等手段,对5A90铝锂合金YAG激光焊接过程中的金属蒸汽/等离子体的动态变化过程、光谱分布测量和计算表明:5A90激光焊接时金属蒸汽/等离子体几乎只从熔池正面喷出,主要强谱线为Li670.8,其次为镁和氩,温度大约为5600 K左右.在提出一种蒸汽反冲力估算方法的基础上,研究发现5A90焊接时最大蒸汽反冲力在5000～7000 Pa,而金属蒸汽/等离子体所有这些特征都与该材料中锂镁等元素的低沸点等特性相关.     

大功率盘形激光焊多特征参数同步检测

以大功率盘形激光焊接304不锈钢为研究对象,分别使用近红外波段高速摄像机、紫外波段和可见光波段高速摄像机同时摄取焊接过程匙孔、金属蒸汽和飞溅瞬态图像。定义匙孔、金属蒸汽以及飞溅为焊接过程特征参数,并将其动态特征作为神经网络的输入参数,以焊缝宽度作为衡量焊接状态的参数和神经网络的输出参数,建立多特征参数同步采集的盘形激光焊接过程检测模型。与单一特征参数检测试验对比发现,多特征参数同步检测方法能够更好地反映大功率盘形激光焊接状态。     

激光焊接状态图像灰度共生矩阵分析法

在激光焊接过程中,金属蒸气和飞溅蕴含着丰富的焊接状态信息.以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,应用紫外波段和可见光波段高速摄像机摄取焊接过程中金属蒸气和飞溅瞬态图像.分析图像区域纹理二阶统计特征——灰度共生矩阵,并用ASM（angular second moment）能量、惯性矩、熵和自相关性描述灰度共生矩阵,分析灰度共生矩阵与焊缝成形之间的关系,同时提取飞溅数量和面积、金属蒸气质心方位和金属蒸气高度等特征,建立BP（back propagation）神经网络模型,预测焊缝成形.结果表明,所分析方法能够有效反映金属蒸气、飞溅与焊接状态之间的关联,为在线监测大功率盘形激光焊接质量提供依据.     

表面微结构对铝合金与PA66激光焊性能影响

为提高金属与塑料的激光焊接头强度，提出了异种材料的微结构激光焊的方法.为探究表面微结构参数对金属与塑料激光焊头强度的影响，焊接前采用飞秒激光在金属表面制备了不同参数的微结构；采用拉伸剪切试验、连接界面以及断面微观观测等方式探究了微结构参数对焊接接头强度的影响机制.结果表明，金属与塑料的焊接接头强度与微结构的填充效果以及连接面积有关，随着微结构尺寸的增加，金属与塑料焊接接头强度增加，但过大的微结构尺寸会使得熔融塑料无法对微结构进行充分填充，未填充缺陷的出现会使焊接接头的强度减小；随着间隔距离的增加，微结构覆盖率下降，金属与塑料有效连接面积减少，焊接接头强度持续减小.     

激光焊接参数对汽车用双相镀锌钢DP780焊接接头性能的影响

通过实验研究了激光功率、焊接速度对零间隙激光焊接汽车用双相镀锌钢D P780焊接接头性能的影响。焊接速度恒定时,焊接接头固化时间随着激光功率的增加而增加,大量锌蒸汽通过液态金属及气孔逸出,熔池内部锌蒸汽减少,焊缝内部孔隙度水平下降、气孔本身变小,焊接接头性能增加;激光功率恒定、焊接速度不同时,随着焊接速度的增加,焊接接头固化时间减小,锌蒸汽通过液态金属及气孔逸出的难度增加,大量锌蒸汽停留在焊接接头内部,造成焊件表面和焊接接头内部孔隙度增加,由于气孔的存在,工件机械强度减少,焊接接头的焊接性能随之变差。     

光纤激光及其复合焊接研究进展

综述了大功率光纤激光在综合使用成本、材料和工艺适应性等方面与 CO2激光和Nd:YAG激光的比较优势,光纤激光焊接时光致等离子体行为及其与入射光束的相互作用特点,以及光纤激光及其复合焊接技术在航空航天和石油管道建设方面的应用研究进展.结果表明,与 CO.激光和Nd:YAG激光相比,光纤激光综合使用成本低、材料和工艺适应...     

基于计算机图像的304不锈钢激光焊接过程中的稳定性分析

采用激光焊接技术对304不锈钢板进行焊接,利用计算机对焊接过程中产生的等离子体图像进行处理,提取面积、高度等特征参数,并根据不锈钢试件的熔宽变化分析激光焊接过程的稳定性,寻找等离子体特征参数与焊接稳定性的关系。结果表明:根据等离子体图像的面积及高度变化和超过阈值区域的比例,可以准确判断激光焊接过程的稳定性。     

非磁性合金激光焊旋转磁场搅拌机理

详细地研究了激光焊非磁性材料时,熔池液态金属的电磁搅拌机理;探讨了旋转磁场对激光焊接Al-12Si合金显微组织的影响.结果表明,尽管激光束既无磁性又非导体,Al-12Si合金为非磁性材料,但旋转磁场能改变液态Al-12Si合金的运动状态,产生磁搅拌作用,细化晶粒、消除焊接缺陷.对于激光焊,旋转磁场切割焊接熔池中的液态金属,液态金属中产生感生电流,带电的液态金属受到电磁力的作用使熔池中液态金属产生旋转运动.磁场的旋转速率越高,液态金属受到的电磁搅拌作用力越强.     

激光焊接熔池动态行为数值模拟的进展与分析

激光焊接匙孔和熔池行为与焊接缺陷的形成和焊接质量直接相关,研究激光焊接匙孔和熔池行为对理解激光焊接机理和控制焊接质量具有重要意义。国内外学者根据焊接过程中的物理现象和测试数据,提出了相应的数学模型和计算方法,来模拟熔池内部的流动行为、匙孔的演化行为及其内部金属蒸汽的动力学行为,通过激光焊接熔池行为的数值模拟可提前预测并采取相应措施降低焊接缺陷的形成,将有利于提高激光焊接工件的焊缝质量。对国内外激光焊接熔池行为的数值模拟技术,如激光深熔焊、双束激光焊接、真空激光焊接、磁场作用下的激光焊接、液态金属作用下的激光焊接熔池动态行为数值模拟的研究现状进行了分析和概括,以期为激光焊接熔池数值模拟方面的研究提供参考。     

国内外激光焊接现状

1 激光焊接及其特点激光焊接是一种发展很快的焊接新工艺,当10~8～10~(13)W/cm~2的激光束照射到金属表面时,足以使任何金属熔化。而金属在激光的作用下熔接时,材料内部的杂质在高温下汽化,使金属熔池得到净化,从而使焊缝的机械性能高于母材,这在提高焊接质量方面是一个突破。激光焊接可分为连续激光焊接和脉冲激光     

异种金属激光焊接的研究进展

介绍了激光焊接的原理和分类以及影响激光焊接的主要因素,重点阐述了激光功率、焊接速度、焦点位置、保护气体、工件接头装配间隙、材料本性等对金属激光焊接的影响。对异种材料激光焊接的国内外研究进展进行了综述。     

不锈钢激光焊温度场的建模与仿真

利用有限元软件ANSYS对304不锈钢激光焊温度场的分布进行了动态模拟.分析了材料热物理参数的温度相关性、熔化潜热、对流及辐射对激光焊接温度场的影响,建立了激光焊接组合体移动热源模型.针对激光焊接过程中高度非线性、光斑面积非常小的特点,采用了过渡单元建模及逐步加载和求解的措施.为了保证节点选取的精确程度,在加载过程中采用了余量控制法.仿真结果表明,模拟得到的焊缝形状与实际焊缝形状基本吻合;等温线呈椭圆形,在移动热源的前方等温线密集,温度梯度较大,热源后方的等温线较稀疏,温度梯度小;激光焊接时熔池表面附近的金属蒸气最高温度可达13 332℃.     

光纤激光焊接A356铝合金过程气孔敏感性

为减少激光深熔焊接铝合金过程中产生的冶金型气孔和小孔型气孔,达到提高工件力学性能的目的,系统分析激光功率、焊接速度以及离焦量等工艺参数分别对两种气孔造成的影响,同时观察不同焊接参数下小孔上方的金属蒸汽羽烟形状与波动情况,以反映焊接过程中小孔的稳定性。结果显示,增加激光功率或减小激光光斑半径时,小孔上方金属蒸汽羽烟波动剧烈,形状和大小都极不稳定,间接反映小孔的稳定性更差,因此在焊缝根部产生更多小孔型气孔。当由激光能量密度变化引起的小孔深宽比增高时,小孔内部坍塌的可能性升高,并在焊缝中留下更多的气孔。当激光功率为5 kW、离焦量为0、焊接速度为2.0 m/min时,气孔率达到最小值。     

光纤激光焊接A356铝合金过程气孔敏感性（英文）

为减少激光深熔焊接铝合金过程中产生的冶金型气孔和小孔型气孔,达到提高工件力学性能的目的,系统分析激光功率、焊接速度以及离焦量等工艺参数分别对两种气孔造成的影响,同时观察不同焊接参数下小孔上方的金属蒸汽羽烟形状与波动情况,以反映焊接过程中小孔的稳定性。结果显示,增加激光功率或减小激光光斑半径时,小孔上方金属蒸汽羽烟波动剧烈,形状和大小都极不稳定,间接反映小孔的稳定性更差,因此在焊缝根部产生更多小孔型气孔。当由激光能量密度变化引起的小孔深宽比增高时,小孔内部坍塌的可能性升高,并在焊缝中留下更多的气孔。当激光功率为5 k W、离焦量为0、焊接速度为2.0 m/min时,气孔率达到最小值。     

激光的加入对激光-MIG复合焊熔滴过渡的影响研究

对比研究3 kW激光的加入对铝合金MIG焊熔滴过渡和过程稳定性的影响,结果表明,激光的加入使焊接过程更稳定。小电弧参数时,在等离子流力、电磁收缩力和激光匙孔金属蒸汽反冲力的共同作用下,激光-MIG复合焊熔滴落点更靠近焊丝;大电弧参数时,等离子流力和电磁收缩力起主要作用,激光匙孔金属蒸汽反冲力的作用可以忽略不计,激光加入前后熔滴均沿焊丝延长线落入熔池。     

大功率盘形激光焊接过程等离子体图像特征分析

研究一种基于等离子体图像特征的大功率盘形激光深熔焊质量分析及检测的新方法．以大功率盘形激光焊接Type 304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过图像处理技术提取等离子体的面积和高度特征．以熔宽作为衡量焊接过程稳定性的因素,对比焊接过程中等离子体图像和焊接试件的熔宽变化,研究相邻等离子体...     

激光焊接在钣金制造中的应用及优化

1、介绍 激光焊接是利用极高能量密度的激光束熔合材料,具有焊接速度快、强度高、焊缝窄、热影响区小,并且工件变形量小,后续处理工作量少,灵活性高等优点.激光焊接不仅能焊接常见的碳钢和不锈钢,还能焊接用传统焊接方法难以焊接的材料,如结构钢、铝、铜等金属,且能够焊接各种形式的焊缝(见图1).     

大功率盘形激光焊光致等离子体特征提取

激光致等离子体是激光焊接过程中的一个重要现象,与焊接的稳定性、焊接质量以及能量利用率等都有着密切的关系。本文研究一种利用计算机图像处理技术提取等离子体图像特征的新方法。以大功率盘形激光焊接Type304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过计算机图像处理技术提取等离子体图像的面积、高度和摆角特征参量。试验结果表明,所提出的方法能够准确有效的提取大功率盘形激光焊接光致等离子体的特征信息。