铍材激光钎焊温度场和应力场的数值模拟

在综合考虑激光钎焊熔池表面形状和几何参数的基础上,建立了适合于铍材激光钎焊的表面双椭圆热源分布模型;通过对数值模拟与试验获得的熔深、熔宽等参数的对比,可知计算结果与试验结果吻合较好,说明双椭圆表面热源模型能够较好地模拟铍环钎焊.通过对焊接加热和冷却过程中铍环焊缝附近应力状态变化的比较,发现凝固过程中最大轴向拉应力和最大环向拉应力均位于焊缝中心,这正是焊缝中心较易形成凝固裂纹的主要原因.     

激光材料加工熔池流动行为实验研究进展

熔池作为激光与材料相互作用过程的基本单元,其内部传热、传质过程对微观凝固组织和宏观缺陷的形成有重要影响。掌握激光材料加工熔池流动行为机制,并采取有效的调控手段是获得高质量激光材料加工成形件的关键。随着试验设备与技术的不断发展,激光材料加工熔池流动研究正朝深度化和精细化方向发展,并取得了大量研究成果。系统介绍了熔池流动行为实验研究方法的发展和应用,重点综述了激光焊接和激光增材制造过程熔池/匙孔流动行为国内外研究进展。首先介绍了熔池流动的受力机制及其主要影响因素;然后回顾和讨论了使用直接法和间接法对熔池流动的可视化实验研究进展,并对目前熔池流动行为的主要调控手段进行了总结。最后,对进一步熔池流动行为机理研究和更高效的熔池流动调控手段进行展望。     

金属增材制造过程熔池动态监测研究综述

金属增材制造技术是近年来信息技术、新材料技术与制造技术等多学科融合发展的先进制造技术之一,然而,制件质量稳定性差和工艺可重复性低等缺点限制了该技术的广泛应用。其主要原因是金属增材制造过程是一个复杂的多物理场耦合的动态过程,而熔池作为重要载体包含着丰富的过程特征信息。熔池动态特征信息与制件质量和工艺可重复性密切相关,因此监测熔池动态能够为提高制件质量和工艺可重复性提供有力的数据支撑。通过对该领域文献的调研,总结了金属增材制造过程中熔池温度和形貌动态监测技术的研究现状,分析了现有技术存在的问题,展望了未来金属增材制造过程动态监测的研究方向和技术方法。     

TIG焊熔池表面流动行为的研究

针对钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊熔池表面流动行为,在确定TIG焊熔池表面可采用粒子示踪的方法来进行其表面流动行为示踪的基础上,在以激光为试验背光光源,通过激光在TIG焊熔池表面镜面反射后,使得熔池及示踪粒子清晰成像于成像屏上。在此基础上,开展对304不锈钢和Q235普通碳钢的熔池表面流动行为的试验研究,对所获得这两种材料的TIG焊熔池试验数据进行处理与对比分析,探究熔池表面流动规律。研究结果表明:在TIG焊过程中,其焊接熔池存在两种运动模式,在304不锈钢焊接过程中熔池表面的液态金属由边缘向熔池中心流动;在Q235碳钢焊接过程中熔池表面的液态金属不定向、不规则地由熔池中心向熔池边缘流动,并测量304不锈钢TIG焊过程中熔池表面的液态金属流动速率为12 mm/s左右,Q235碳钢的熔池表面的流动速率为15 mm/s左右。     

激光入射角影响焊接熔池匙孔瞬态行为数值模拟

在激光焊接中,激光入射角直接影响着熔池匙孔瞬态行为,而仅采用工艺试验方法难以探索其规律。利用数值模拟技术模拟激光入射角分别为30°、0°、-30°的焊接过程,研究激光入射角对熔池匙孔瞬态行为的影响。同时通过激光焊接试验对仿真结果进行验证,数值仿真的焊缝横截面形貌与试验结果吻合较好,表明仿真结果能够反映激光焊接过程。分析不同激光入射角下温度场、熔池内流场、匙孔后壁反冲压力、匙孔深度和匙孔后壁静压力的变化。结果表明,激光入射角的正负影响熔池内部流动的快慢;激光入射角为正时,有利于抑制飞溅形成,而激光入射角为负时,则促进飞溅生成;激光入射角的正负明显影响匙孔的稳定性,当激光入射角为负时,匙孔稳定性降低,坍塌频率增加,产生气泡的概率提高。使用合适的激光正入射角有利于提高激光焊接质量。     

金属激光增材制造层间偏移量对熔池温度的影响

金属激光增材制造过程中熔池温度变化对加工质量具有重要影响,为研究Hastelloy C-276合金球形粉末激光增材制造层间偏移量对熔池温度的影响情况,搭建了熔池温度实时监测系统。采用非接触式红外测温手段测量了不同层间偏移量薄壁件加工过程中熔池温度变化情况。结果表明,不同层间偏移量倾斜薄壁加工过程中熔池温度变化有相似规律,即开始时温度急剧增大,后继续增大至峰值点,进而缓慢减小,最后基板温度累积效应和环境的影响达到平衡,倾斜薄壁熔池温度趋于稳定。另外,熔池截面面积随着层间偏移量的增大而增大,熔池捕获金属粉末的能力随之增强,受此影响,熔池平均温度与层间偏移量呈负相关关系。     

外加纵向磁场GTAW焊接熔池流动机理

以外加纵向磁场GTAW (钨极氩弧焊 )焊接LD10CS铝合金过程为研究对象 ,建立外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动和传热数学模型 ,对固定电弧的外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动过程进行数值分析 ,研究外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体流动和传热行为。     

顶盖激光钎焊主要缺陷及影响因素分析

镀锌板由于其优异的耐腐蚀性而被广泛用于汽车工业,由于锌的低熔点和气化温度因素,在焊接加热过程中容易挥发,进而导致气孔、塌陷等焊接质量缺陷。激光钎焊以其光束能量密度高、热影响区域小、焊接速度快、变形小等优点,有效解决镀锌板焊接的上述问题,因此在白车身制造领域得到了广泛的应用,激光钎焊已逐渐成为汽车顶盖焊接的标准工艺。本文重点论述了激光钎焊的原理和特点,激光钎焊系统的组成结构和焊接参数规范的选择,分析了激光钎焊主要缺陷的种类及影响因素,以及介绍了杭州吉利汽车激光钎焊质量的评价标准。     

焊接速度对电弧增材熔池流动及焊道形貌影响的数值模拟研究

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响,为探究其影响机理,建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型,采用VOF方法追踪熔池自由界面,研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态,并分析焊接速度对单道焊道形貌的影响。数值模拟结果表明,随着焊接速度减小,熔池的热积累增强,体积增大,熔池表面峰值温度提高,弧坑深度也加深;同时,在电磁力和熔池表面力的共同作用下,熔池表面流速峰值随焊接速度减小而减小,熔池内部流速增大,对流更充分。此外,随着焊接速度减小,成形焊道的宽度和高度均有不同程度的增加。相同条件下的试验与数值模拟的焊道轮廓对比验证了数值模拟结果的有效性,研究结论可为电弧增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。     

全熔透钨极惰性气体保护电弧焊熔池流动与传热动态过程的数值分析

针对原有钨极惰性气体保护电弧焊熔池形态模型存在的问题,采用液体分数法处理了固液相变潜热,利用完备的熔池表面变形方程组描述了熔透熔池上、下表面变形方程的耦合作用,进一步提高了熔池形状尺寸与熔池表面变形的数值计算精度。在此基础上,对全熔透GTAW焊接熔池中的流体流动与传热过程和熔池形状的动态变化过程进行了数值模拟,展示了熔池形态的瞬时演变特性。     

基于焊枪与熔池耦合模型的焊工调控行为研究

模拟解析有经验高级焊工焊接行为并实现抽象焊接行为的程序化无疑是快速发展机器人智能化焊接的优选路径之一。而同步传感测量焊工焊枪姿态和熔池状态是实现焊接行为程序化的关键。针对现有焊枪姿态和熔池特征测量系统的独立性及焊工与熔池交互过程的同步耦合分析需求,建立了传感器-万向节-焊枪钨极尖端三坐标系间的数学转换模型和熔池与焊枪钨极尖端运动坐标的双向耦合模型。通过预设机器人焊枪姿态摆动试验验证了双向耦合模型的有效性和准确性。在时空同一坐标下对比分析了不同焊接水平焊工对熔池状态的调控行为和焊缝成形质量的控制能力。结果表明,利用熔池-焊枪双向耦合模型可以获得能够表征焊工操控焊枪空间运动的较准确姿态样本数据;经模型转换的焊工操控焊枪α、β角与机器人摆动预定值的误差均小于1.2°,γ角误差约为1.5°;未经实操培训焊工操控焊枪规范性差,调控熔池动态平衡表现出调节时刻和规律的高随机性,对熔池状态动态评估能力极其匮乏,无法保证焊接过程稳定和高的焊接质量;经长期实训焊工运枪动作规范、规律性强,对熔池状态动态评估能力丰富和强的交互意识,全焊接过程能够保持熔池形态的稳定和焊缝的全熔透。     

形态学在熔池图像处理中的应用研究

针对焊接自动化中熔池图像的特点 ,以及焊接质量实时控制的实际需要 ,利用灰度形态学 ,设计了快速有效的图像处理算法 ,实时提取出了熔池的最大宽度、半长、后部面积、后拖脚等重要的几何参数。同时该算法对一般的图像处理问题也具有重要的意义。     

基于激光视觉的脉冲GTAW熔池振荡检测与分析

熔池振荡频率与焊缝全熔透状态有较为直接的物理对应关系,但熔池振荡频率的检测十分困难。针对该问题提出一种基于激光视觉的熔池振荡特征频率检测传感新方法。在介绍激光视觉法原理基础上,设计脉冲非熔化极气体保护焊(Gas tungsten arc welding, GTAW)熔池振荡激光视觉传感试验系统。采集反映熔池振荡变化的视频图像,提出激光特征条纹的图像处理算法,并利用Matlab软件编写相应的程序获得熔池振荡波形,利用快速傅里叶变换提取出熔池振荡特征频率。试验结果表明,激光视觉法不仅成功实现脉冲GTAW熔池振荡信号的检测传感,而且克服了已有的脉冲GTAW熔池振荡检测法不能被用于连续焊接的缺陷。软件系统能够较准确地提取出熔池振荡特征频率、处理时间为20 ms,满足熔池振荡信号的实时检测要求,为连续脉冲GTAW熔透控制奠定了基础。     

中空激光光内送粉熔池温度控制研究

在激光增材制造过程中,熔池温度的稳定性是表征加工过程稳定性的一个重要指标.设计一套控制熔池温度的闭环反馈系统,以达到控制熔池温度,提高成形件质量.基于C#编程软件实现了温度信号的传递,采用PID控制算法设计了温度控制器.实验结果表明,此系统能实时、准确地实现熔池温度的闭环控制,能够有效消除直壁墙熔覆过程中因热累积而造成...     

组合圆管激光束钎焊过程的数值模拟

组合圆管外层为铍管，内层为钨管．二者通过过盈配合形成。采用MARC软件对组合圆管激光束钎焊过程进行了数值模拟，得到组合圆管钎焊过程的应力场及焊接后的残余应力分布，进一步研究了过盈量对组合圆管焊接残余应力分布的影响，并采用X射线法对组合圆管外表面的焊接残余应力分布进行测试。焊接残余应力有限元计算值与实测值的变化趋势基本一致，验证了有限元模型。