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.     

CO_2激光焊接的同轴检测与熔透控制I.熔透状态特性及其同轴检测

对激光深熔焊的熔透状态进行了分类 ,指出了“仅熔池透”和“适度熔透”的形成条件和焊缝成形特征。建立了一套CO2 激光深熔焊熔透状态的同轴检测系统 ,研究了焊接工艺参数和熔透状态发生变化时等离子体同轴光信号的变化规律。发现在板厚不变的条件下 ,随热输入的变化 ,焊接过程由“仅熔池透”达到“适度熔透”时 ,同轴等离子体光信号强度的增量绝对值最大。     

焊接电参数对GTAW熔透状态的影响

针对非熔化极气体保护焊(gas tungsten arc welding, GTAW)过程中因焊接参数波动、热传导条件变化难以实时检测和控制熔透的难题,考虑304不锈钢相变潜热随温度的变化,建立了焊接电参数与熔池相变潜热、背面熔宽间的动态变化数学模型,仿真研究了改变焊接电流、电弧电压对焊缝熔透状态的动态影响规律,预测了恒定电参数下点焊熔透状态发生改变的时间. 采集了同参数焊接过程中表征熔透状态变化的反射激光点阵视频图像,统计计算了实际熔透发生改变的时间. 结果表明,所建立的动态数学模型能够反映焊缝熔透状态随电参数的动态变化过程,且焊接电流对熔透状态的影响更显著;熔透变化预测时间与实测时间一致.     

CO2激光焊接的同轴检测与熔透控制I.熔透状态特性及其同轴检测

对激光深熔焊的熔透状态进行了分类,指出了“仅熔池透”和“适度熔透”的形成条件和焊缝成形特征。建立了一套CO2激光深熔焊熔透状态的同轴检测系统,研究了焊接工艺参数和熔透状态发生变化时等离子体同轴光信号的变化规律。发现在板厚不变的条件下,随热输入的变化,焊接过程由“仅熔池透”达到“适度熔透”时,同轴等离子体光信号强度的增量绝对值最大。     

SUS301L不锈钢非熔透型激光搭接焊的疲劳特性分析

通过对轨道客车试验用不锈钢熔透型和非熔透型激光焊接头及电阻点焊接头不同的拉力和疲劳对比试验,疲劳试验采用阶梯法和成组法,并进行初步断裂力学和微观分析.结果表明,不锈钢车体非熔透型激光焊具有较熔透型激光焊和电阻点焊更高的疲劳强度,同时在相同激光焊接参数下,改变非熔透型激光焊工艺中非熔透板厚度,能直接影响其工艺的剪切拉伸强度和疲劳强度,加厚非熔透板,疲劳强度提高,剪切拉伸强度降低.     

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.     

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.     

焊接电流作用下熔池形状特征与熔透状态的关系

熔池形状特征在一定程度上能表征熔透状态。建立了基于GMAW的视觉传感打底焊试验系统,基于熔池图像特点开发图像处理算法,提取熔池面积与长宽比参数。在其他工艺参数保持不变的情况下,改变焊接电流开展打底焊试验,分析焊接电流不同时熔池面积与长宽比的变化规律,探索这2个形状特征参数与熔透状态的对应关系。试验结果表明,随着焊接电流的增大,熔池面积及长宽比增大,二者变化趋势一致。当熔池面积与长宽比分别处于一定的数值范围内时,打底焊缝熔透良好。任何一个参数小于上述数值范围,会出现未熔透;大于上述数值范围,将出现焊漏现象。该结论可为熔透控制研究提供基础数据。     

CO2激光焊接的同轴检测与熔透控制 Ⅰ.熔透状态特性及其同轴检测

对激光深熔焊的熔透状态进行了分类,指出了"仅熔池透"和"适度熔透"的形成条件和焊缝成形特征.建立了一套CO2激光深熔焊熔透状态的同轴检测系统,研究了焊接工艺参数和熔透状态发生变化时等离子体同轴光信号的变化规律.发现在板厚不变的条件下,随热输入的变化,焊接过程由"仅熔池透"达到"适度熔透"时,同轴等离子体光信号强度的增量绝对值最大.     

CO2激光焊接的同轴检测与熔透控制Ⅲ.板厚变化时熔透状态同轴光信号分析

利用CO2激光深熔焊等离子体光信号的同轴检测系统,对工件板厚变化时激光焊接熔透状态的同轴光信号进行了时域和频域分析.结果表明,"适度熔透"状态时对应的等离子体同轴光信号强度最大,"未熔透"与"过熔透"状态对应的信号强度均小于"适度熔透";频域分析表明,"适度熔透"状态对应的2～6kHz段频谱重心最小.     

激光焊接中的等离子体与小孔行为分析

试验采用光、声信号检测设备,对1.8 mm镀锌钢板的CO₂激光焊接过程中的蓝紫光信号、红外辐射信号、可听声信号进行了高速采集,对比激光深熔焊与热传导焊过程中三路信号的联系与区别,分析研究了激光深熔焊过程的小孔与等离子体产生过程的瞬态行为.结果表明,等离子体与小孔并不总是同时产生,等离子体要先于小孔产生,热传导焊过程中也可能存在等离子体,在试验条件下,等离子体在激光作用于工件后3~4 ms产生,稳定的小孔在焊接后约14 ms后形成,并且激光焊接中产生等离子体的激光功率密度阈值要小于产生小孔的阈值.     

激光焊接典型熔透状态信号特征分析及其识别

应用自行研制的多通道信号传感系统,实时采集可听声、蓝紫光以及红外辐射等三路信号.设计了楔形板焊接和阶梯板焊接两组试验,并采用RMS平滑、STFT分析和特征频段信号提取等手段分析信号.结果表明,可听声和蓝紫光信号RMS值和2 000～3 500 Hz频段信号幅值,在过熔透时极低,在完全熔透时很高,在未熔透时介于两者之间,三种熔透状态分界线明显,不稳定熔透时,三路信号波动较大,信号值比完全熔透时略低.可最终实现四种熔透状态的识别.     

激光-微束等离子弧复合焊接过程的结构负载声发射信号表征

采用脉冲YAG激光焊、微束等离子弧焊和激光-微束等离子弧复合焊对304不锈钢进行焊接试验,实时采集焊接过程中的结构负载声发射信号,研究声发射信号对焊接过程的表征. 结果表明,激光离焦量为-2 mm的激光-微束等离子弧复合焊接,热源复合效果更好,焊缝表现出更显著的复合热源焊接特征. 焊缝获得了更好的表面成形和熔深、熔宽. 热源复合效果更好的焊接过程,其声发射信号波形表现出更大振幅,且更为均匀,并与激光热源的周期性相符,呈现出明显的复合热源焊接周期性. 因此可以利用焊接过程检测到的结构负载声发射信号表征激光和微束等离子弧两种热源复合效果特征.     

钛合金激光焊接过程中等离子体光信号的检测与分析

通过试验的方法探讨了钛合金激光焊接过程中的等离子体光信号与焊接质量的关系，结果分析表明，钛合金的激光焊接过程比低碳钢产生更强烈的等离子体云，等离子体光信号可以较好地反映焊接过程的稳定性和焊接质量的变化。焊接质量良好时，等离子体光信号幅值在某一固定值上下波动，当改变焊接参数使焊接熔深或熔宽改变时，信号的平均幅值亦有明显改变；当较大间隙或错边存在时，等离子体光信号的平均值明显降低，但两种信号的特征不尽相同，前者造成等离子体光信号剧烈动荡而均值很低，而后者一定范围内，随着错边量增加，信号幅值逐渐减小。上述试验结果表明，可以用等离子体光信号的幅值高低和波动大小作为焊接质量实时监测和控制的特征信号。     

激光焊接过程实时监测技术的研究现状及其发展

从监测信号和信号的处理方法两方面论述了激光焊接过程实时监测的发展现状。在激光焊接过程实时监测中常用的监测信号有声、光、热等信号，它们各具特点；信号处理和分析主要有阈值比较、时频分析、专家系统、模糊评判和人工神经网络等方法。展望了未来激光焊接过程实时监测技术的发展，提出了以传感信息融合技术为主的实时监测方式和基于高速摄影为主的实时监测方式。     

激光焊接质量实时检测技术的研究现状

从检测信号和内容两个方面介绍了国内外激光焊接质量实时检测技术的研究现状。用于检测的信号主要有可听声波、超声波、紫外辐射、可见光、红外辐射、等离子体电信号以及机器视觉等，分析了每种信号的优缺点；目前实时检测的内容主要有焊接过程的稳定性、装配质量、离焦量、焊缝熔深和表面形貌、熔池与小孔的形态等。     

Relation between welding parameter and acoustic emission information during laser deep penetration welding

In laser non-penetration deep penetration welding process, welding material will vaporize, metal vapor and ambient gas will produce a higher degree ionization, which forms plasma of high concentration. In the case of forming a small hole, plasma will eject .from the hole, and form acoustic emission ( AE ) signals. Because AE information has many advantages such as non-contact measuring, fast response, and high ratio of signal to noise, it can be used as a monitor variable for in-process control. By studying AE information, information of welding pool and small hole can be obtained. According to characteristic of AE information, this paper reveals the correlation between welding parameters and AE signals, and provides a good base for further quality control.     

CO2激光焊接的同轴检测与熔透控制(Ⅱ)熔透状态同轴光信号的频域分析

利用CO2激光深熔焊等离子体光信号的同轴检测系统,提出了频谱重心的概念井以此来分析等离子体光信号的频谱特性,研究了平扳焊接时对应适度熔透状态时同轴光信号的顿域特征。结果表明,随激光功率增加或焊接速度减小,当焊接熔透状态从“适度熔透(小孔透)”变化到“仅熔池透”时对应2～6kHz段频谱重心位置向上(高额)跳变。     

低碳钢激光预熔活性焊接法

以8 mm厚的低碳钢为研究对象,在氧气的保护下,用小功率光纤激光在待焊焊件表面进行预熔处理,使表面熔化生成一层氧化层,然后用TIG焊或激光电弧复合焊覆盖氧化层,研究工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,激光预熔后进行覆盖焊接,电弧没有收缩,熔深增加到1.5倍左右,表面成形良好.随着电流的增加,熔深增加,但激光预熔后的焊道增加更快.随着焊接速度的增加,熔深减小.随着激光预熔功率的增加,熔深增加.随着复合焊接中激光功率的增加,熔深增加.焊缝含氧量的增加,使得表面张力温度系数由负变正,是低碳钢激光预熔活性焊接熔深增加的主要原因.