激光焊接过程实时监测

在利用小波变换对拾取的激光焊接等离子体的AE(AcousticEmission)信号进行分析的基础上 ,对小波分解后得到的细节信号作进一步处理。在此基础上提取的曲线很好地反映了激光焊接过程的状态变化 ,能够快速地检测到焊接缺陷 ,这说明应用曲线实现激光焊接质量控制是可行的。     

激光焊接出现未焊透时等离子体光、声信号的傅里叶分析

利用快速傅里叶分析手段对激光焊接稳定过程及出现未焊透缺陷时等离子体的光声信号进行频域分析，发现在焊接过程稳定时，信号的频谱中存在明显线谱，以３００Ｈｚ处为最强。在出现未焊透缺陷时，光声信号的频谱为连续谱，无明显线谱。这为提高缺陷监测精度提供了一条新途径。     

光纤激光焊接过程中缺陷的监测与诊断

为了识别激光焊接过程中间隙和错边缺陷,采用自身搭建的光纤激光焊接在线监测系统,实现不锈钢焊接过程中等离子体可见光信号及熔池红外光信号的实时监测,并利用滤波和短时傅里叶变换的信号处理方法对不同缺陷的光信号进行数据分析。得到了信号时域频域随焊接缺陷的变化规律,当出现间隙缺陷时,可见光信号时域幅值从1.5V降至0.2V,1000Hz~4000Hz频率成分缺失,红外光信号时域幅值由3.5V降至1.0V,2000Hz~7000Hz频率成分缺失;当出现错边缺陷时,可见光信号时域幅值从2.0V降至0.5V,红外光信号时域幅值由4.0V降至0.5V,两者0Hz~1000Hz频率成分均缺失。结果表明,可见光信号与红外光信号与激光焊接状态存在一定的相关性,利用光信号的幅值与频率的变化可以有效地识别激光焊接过程中的缺陷。这对实际生产具有一定的应用价值。     

大功率Nd:YAG激光深熔焊接过程中同轴辐射光的采集

同轴信息监测是一种直接对熔池和小孔进行监测的方法。本文介绍了激光深熔焊接过程中 ,同轴信号的采集原理和光路设计 ,利用同轴信息采集光路的激光焊接镜头采集了大功率Nd :YAG激光焊接过程中辐射的同轴光信号。对Q2 35钢激光深熔焊接过程中 ,从焊接熔池和等离子体中辐射的同轴光谱曲线是以连续谱为背景谱 ,当焊接参数的变化时 ,同轴辐射光的相对光强发生变化 ,而其与波长的对应关系没有变化。在激光深熔点焊过程中同时采集了同轴和水平辐射的光强信息 ,对比发现二者具有不同的峰值波长 ,并且在 5 5 0nm～ 5 80nm的波段内 ,二者的相对强度对比明显     

基于小波时频图和ResNet18的焊接状态监测方法研究

针对焊接过程中因外部干扰因素或焊接参数选择不当而导致的气孔和未熔合缺陷的问题,提出一种小波时频图和深度残差网络（ResNet18）相结合的焊接质量检测方法。首先,搭建管道全位置自动焊接试验平台,利用拾音器记录熔合良好、未熔合和气孔焊接状态下的声音信号,将采集到的声音信号进行小波阈值降噪处理并且计算信号的信噪比,从而得到合适的信号降噪方法。其次,使用连续小波变换得到小波时频图,对时频图进行压缩和预处理,将时频图的大小设置为224×224,并剔除时频图上的标题、坐标和能量等。最后,将处理好的小波时频图作为输入,以未熔合、熔合良好和气孔三种状态作为输出,利用ResNet18网络进行训练。结果表明,该模型对三种焊接状态下的声音信号具有良好的监测效果,其准确率为90.78%。     

YAG激光焊接等离子体电信号检测与焊接模式分析

激光等离子体中包含了反映激光焊接过程特征的信息。利用激光等离子体光电信号同步检测系统,检测激光等离子体的光电信号并进行光电信号的对比分析,阐明了电信号与等离子体温度之间的关系;对A304不锈钢、430不锈钢、碳钢Q235等材料的激光表面自熔焊接过程的等离子体电信号进行了实时检测及概率密度分布分析,对深熔焊特征最明显的A304不锈钢进行了电信号概率密度分布的标准差分析。研究结果表明:利用激光等离子体电信号能够实时反映激光焊接等离子体的温度变化的特点,可以根据激光等离子体电信号概率密度分布来分析激光焊接模式的特点,进一步的标准差分析法可以判断A304不锈钢激光焊接的模式。     

奥氏体不锈钢光纤激光同轴保护焊接的实时监测

采用光纤激光同轴保护焊接奥氏体不锈钢,利用激光焊接监测系统同步采集焊接过程中的光信号数据,并结合羽辉的形貌研究不同焊接条件对焊缝成形及光信号强度的影响规律。研究结果表明,光信号强度随着激光功率的增加逐渐增大。当离焦量从-6mm变化到6mm时,光信号强度先减小后增大。光信号变化可反映焊缝熔深的变化,可用于检测搭接间隙和焊缝位置变化引起的焊缝缺陷。通过P信号数据可判断焊接质量异常区的准确位置,焊接过程中光信号的强度同羽辉体积正相关。     

铝合金激光焊接焊丝熔化机制的实验研究

由于铝合金高的导热性和对CO2激光的高反射率,以及铝金属蒸汽低的电离能,铝合金的CO2激光焊接一方面要求很高的功率密度,另一方面通常须在富He气氛下才能顺利进行.与此同时,为了克服热裂纹等缺陷,铝合金的激光焊接一般需要使用填充材料. 本文研究利用二倍频YAG激光作为照明光源,采用高速摄像方法研究了铝合金CO2激光焊接时焊丝的熔化机制.系统的研究表明:根据焊丝的送进方式、焊丝相对于激光束的位置以及气氛的不同,焊丝的熔化机制主要有三种,即激光加热熔化,等离子体加热熔化和熔池加热熔化.在He气氛下,当焊丝由激光束前方送进时,焊丝主要通过激光加热熔化,焊丝的熔化过程是非连续的;当焊丝由激光束之后送进时,焊丝的熔化机制包括激光加热熔化和熔池加热熔化,焊丝熔化过程较从激光束前方送入时明显改善,有利于改善焊接过程的稳定性.在Ar气氛下,由于强烈的等离子体辐射,焊丝主要通过等离子体加热熔化.当焊丝由激光束前方送进时,焊接过程极不稳定,但是焊丝由激光束后方送进时,虽然等离子体的形态和大小在不断变化,但焊丝的熔化却非常连续稳定.在Ar气中渗入一定的He气后(富Ar气氛),等离子体得到了有效的控制,其形态和大小保持稳定,从而获得稳定的焊接过程.(OE21)     

基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测研究

为了优化激光焊接质量,设计了基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测方法。首先利用机器视觉技术设计扫描成像单元,在获得基础的激光焊接焊缝图像后,对图像实施离焦误差校正处理。然后在补偿图像缺陷的基础上,对激光焊接焊缝图像作放大处理,设计扩束准直光路与动态聚焦光路识别焊缝特征信息,从而完成对焊缝的智能检测。实验结果表明：该方法可以能够获得更有效的焊缝信息,有利于提高激光焊接质量。     

基于优化BP神经网络激光超声表面缺陷识别

为了解决激光超声检测过程中定量识别表面缺陷深度较困难的问题,提出了一种粒子群(PSO)优化BP神经网络表面矩形缺陷深度定量识别方法.基于热弹机制,利用有限元软件COMSOL建立了利用激光超声检测含有表面缺陷铝材料的有限元模型,得到了脉冲激光照射下不同深度缺陷对应的透射波信号,提取透射波信号的时域峰值、中心频率、频域上3 dB带宽、上限截止频率和下限截止频率等多个变量作为神经网络的特征向量,建立了PSO-BP神经网络缺陷深度定量识别模型,实现了0.1～3 mm深度缺陷的定量识别.计算结果表明:经过粒子群算法优化后的BP神经网络能够准确地识别出金属表面缺陷的深度信息,识别相对误差在6％以内,结果证明了该神经网络模型对矩形缺陷深度的识别具有一定的可行性和准确性.     

脉冲激光焊接钛合金薄板的熔池深度预测

激光焊接过程产生的焊斑熔深直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂,影响因素众多,许多参数难以量化。以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。通过声波频谱减法对采样的声频信号进行降噪处理,并分析了声频信号的时域和频域特征,找到了声频信号和焊斑熔深的关系。采用径向基函数神经网络对钛合金薄板焊接过程的焊斑熔深进行预测。神经网络以声压强偏差、频带功率、激光功率和焊接速度作为输入。实验证明,在不同激光功率下该方法可准确预测焊斑熔深。     

不锈钢CO2激光焊接等离子体行为特性实验研究

采用3.5kW Slab CO₂激光焊接不锈钢,利用高速摄像观测焊接等离子体形态,采用光谱仪探测等离子体光谱,并利用相对强度法计算等离子体电子温度。结果表明:在氦气保护下,等离子体高度随时间周期性振荡,振荡频率约为530Hz;熔池表面附近等离子体的温度为8392K左右。进一步分析表明,等离子体对入射激光的吸收不足10%;等离子体周期性振荡对焊接过程稳定性影响不明显。     

激光深熔焊小孔型气孔的产生及其防治

小孔型气孔的产生是未穿透激光深熔焊的一个严重问题，它是由剧烈的小孔扰动所导致的，与传统冶金型气孔(H2或CO气孔等)的产生机制不同，采用传统冶金型气孔抑制措施无法有效消除该类气孔的产生。针对3～5 mm薄板的CO2激光深熔焊接，研究了脉冲调制对气孔的抑制效果及其机制。实验发现，脉冲频率低于50 Hz时，焊缝气孔随着频率的增加不断减少;当脉冲频率处于50～150 Hz的范围内，基本上可以消除小孔型气孔的产生。通过检测激光焊接过程中等离子体光辐射信号的波动可以反映小孔的稳定性，结果证明，合适频率下的脉冲调制激光焊接，由于有稳定小孔的作用，从而抑制了小孔型气孔的产生。     

小尺寸不锈钢片脉冲激光焊接的参数分析

研究小尺寸不锈钢片脉冲激光焊接的特点,着重分析焊接参数对焊缝熔透状况和焊缝宽度的影响。实验表明,随着脉宽增大,激光功率密度的熔透阈值减小,平均功率的熔透阈值线性增加;但是功率密度不能无限减小,为了保证熔透它必须在某一极限值以上。影响焊缝宽度的主要是激光功率密度、脉冲宽度和脉冲频率这三个参数。本文为散热条件受限的小尺寸工件精密激光焊接提供了有益的经验,同时也为加工过程的数值模拟分析提供了实验基础。     

激光激发瑞利波测量铝合金焊接残余应力

根据声弹性原理提出了一种新的测量材料表面焊接应力的激光超声方法.利用Nd:YAG脉冲激光在材料表面激发高频率超声瑞利波,采用非线性激光干涉仪对检测焊接应力的超声瑞利波进行探测.探测点的位置保持不变,通过激发源的扫描来改变激发源和探测点之间的距离,干涉仪探测到一系列超声脉冲波形信号.采用波形相关技术计算相邻超声瑞利波的传播时间延迟,得出瑞利波的传播速度,进而根据声弹性理论计算出相应的应力值.通过激光源在焊缝附近的扫描,得到焊缝周围的应力分布.测量了铝焊接平板表面的残余应力,得到了样品表面的焊接应力分布.实验结果表明,这种方法可以实现样品表面焊接应力的快速扫描测量,使其在材料表面焊接应力分布无损检测领域具有一定的应用价值.     

铝合金1100 H14的激光焊接工艺研究

受加工工艺、热变形以及铝合金对激光的强烈反射等因素影响,铝合金的激光焊接存在较大的困难。以1.0mm厚1100H14铝合金薄板为对象,采用Nd:YAG脉冲激光器进行焊接,重点研究了激光焊接过程中脉冲波形、激光功率、脉冲频率、焊接速度等对焊接成形质量的影响。焊后进行拉伸强度测试、金相观察、显微硬度测定、断口分析。实验结果表明:预热保温的焊接波形焊接试样优于梯形波焊接试样:优化的焊接参数为峰值功率8kW,单脉冲能量20J,频率10Hz,焊接速度2.1mm/s;抗拉强度为95.7N/mm~2,达到母材抗拉强度的86%;焊缝中部为等轴细晶,熔合线附近是柱状晶组织。焊缝区有软化现象,硬度为HV4.9 33.2,达到母材的77%。     

基于声发射的输气管道故障检测技术研究

输气管道内夹带水和固体颗粒是产生管道腐蚀和泄漏的主要原因。该文将声发射传感器置于水平输气管道外壁面上,分别采集不同气速下,管道内含有水滴和固体颗粒的声发射信号,然后对采集到的声发射信号进行多尺度小波分析。通过对比发现,声发射信号的能量、特征频率和管道气速、管道内的颗粒种类及质量有很好的相关性。声发射技术可用于输气管道夹带水滴及固体颗粒的故障检测。