激光焊接不锈钢熔池图像分割算法

激光焊接熔池的形态及其变化与焊接质量密切相关。设计高速视觉传感系统,通过增加特定波长辅助光源照射熔池,获取熔池形态相关信息。通过分析熔池及其阴影与背景的特点,将图像分为左右两部分,分别采用不同组合的数学形态学处理,分割出熔池及其阴影的区域。通过试验验证,该算法能够有效分割熔池及其阴影,为后续熔池形态变化及焊接质量分析打下了基础。     

高氮钢激光-电弧复合焊接熔池表面流动行为

焊接熔池流动行为是影响焊缝成形和接头质量的关键因素之一,其特征难以直接获取。试验采用ZrO₂颗粒作为示踪粒子,利用高速相机观察示踪粒子运动轨迹,开展高氮钢激光-电弧复合热源焊接熔池表面流动行为的研究。研究结果表明：单独激光焊接时,其熔池的流动主要受匙孔尺寸变化的影响;单独电弧焊接时,其熔池的流动则主要受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响;而激光-电弧复合焊接时,其熔池的流动既受电弧压力和熔滴进入熔池时所产生的冲击力的影响,同时,匙孔的存在也会影响其熔池的流动。在激光-电弧复合焊接过程中,示踪粒子的直线移动距离随着焊接电流和电弧电压的增加而增加;而激光功率的改变对其直线移动距离的影响并不显著。研究结果揭示了不同焊接工艺及其参数对高氮钢焊接熔池表面流动行为的影响规律,为高氮钢焊接工艺的选择提供了理论依据。     

激光-MAG复合焊接技术在超高强钢上的应用分析

激光-电弧复合焊接技术具备焊接效率高、焊接变形小、焊接接头强度高、焊接工况适应性好、单面焊双面成形与柔性自动焊接等优点,已在高强钢、铝合金等结构件的焊接制造领域广泛应用。对激光-MAG复合焊接技术在超高强钢上的应用进行了分析,重点研究了其焊接工艺性、焊缝组织结构及焊接接头性能,解决了超高强钢与特种车辆车体构件的激光-MAG复合焊接工程化应用技术问题,达到了提高焊接接头性能、焊接质量及其稳定性,提高焊接效率,降低焊接变形的目的。     

Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe2Al5和粗大针状相Fe4Al13组成,厚度约18μm,添加Al-Cu合金片后由舌状相(Fe,Cu)2Al5和细小絮状相(Fe,Cu)4Al13组成,厚度约为9μm,焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似;添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59HV;添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%,未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。     

焊接金属波纹管膜片的有限元分析和优化设计

波纹管为焊接金属波纹管机械密封的关键零件,工作中常因反复的弹性变形而发生疲劳失效。现以焊接金属波纹管的膜片为研究对象,对S型和V型两种膜片的应力场和变形场进行了详细的有限元法分析和计算,在对两种膜片进行比较的基础上对S型膜片进行了结构形状优化和计算。研究结果为焊接金属波纹管机械密封的改进设计、提高疲劳强度和使用寿命提供了理论依据。     

基于多能场复合的激光焊接装置结构设计及有限元分析

激光焊接由于其焊接速度快、变形小、非接触式等诸多优点而被广泛应用在各个领域,但是对于能够实现多能场复合功能一体的激光焊接装置的研究相对较少.采用系统分析法,依据各机构的不同功能将焊接装置划分为五个子系统,并借助三维建模软件SolidWorks对能够同时实现激光场、超声场和激冷场复合作用的激光焊接装置进行结构设计.利用有...     

原位内生TiC对激光-电弧复合焊接高强钢接头组织和性能的影响

以高强钢为试验材料,采用CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas arc welding,MAG)复合焊接方法,研究原位内生Ti C对高强钢焊接接头组织和性能的影响。研究结果表明:原位内生Ti C颗粒能够细化焊缝组织,对高强钢焊接接头的综合性能有很大的提高,其中wCNT∶wTi=15%的焊缝上部中心区主要由树枝晶组成,二次枝晶平均宽度为8.4?m。焊缝下部主要由大量的等轴晶组成。而未加粉焊缝上部中心区主要由大量柱状晶组成,柱状晶平均宽度为13.25?m焊缝下部主要由大量细小柱状晶组成。通过断口分析知,wCNT∶wTi=15%焊缝处的断口处产生大量细小韧窝,焊接接头主要是韧性断裂,而未加粉的焊接接头主要是脆性+韧性断裂。通过力学性能测试知,原位内生Ti C对高强钢激光-电弧复合焊接接头的冲击吸收能量、弯曲能量度及硬度都有明显提高,但是对抗拉强度影响不大。     

低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

激光-电弧复合热源焊接技术由于具有焊接熔深大、效率高、质量好等优点而受到广泛关注。采用低功率脉冲激光-钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧复合热源技术进行镁合金板材的焊接,研究激光脉冲作用消失之后的等离子体行为和激光"匙孔"行为。在上述试验结果的指导下优化工艺参数,对比研究采用单独激光焊、TIG电弧焊和复合热源焊这三种方法实现镁合金板材对接焊相同效果时焊接效率的差异。研究结果表明,激光"匙孔"和"匙孔"等离子体的形成是实现复合热源高效焊接的前提条件,恰当的工艺参数可以使得激光"匙孔"维持稳定的开口状态,这种状态提高了电弧的稳定性和能量密度,延长了镁等离子体的恢复时间,因此能够提高复合热源的焊接效率。达到相同焊接效果时复合热源的焊接效率分别达到单独激光焊接效率的7.14倍和单独TIG电弧焊接效率的4.29倍。     

考虑金属蒸汽的定点活性钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

建立包括钨极、电弧和阳极的定点活性钨极惰性气体保护(Activating tungsten inert gas,A-TIG)焊电弧熔池交互作用统一数学模型。通过麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解,得到了电弧和熔池的温度、等离子体运动速度、熔池流动速度、电弧压力、电势、电流密度和金属蒸汽分布等结果。因为在A-TIG焊中,熔池的内向流动造成了大量的热被传入到熔池底部,热量的利用率更高,导致焊接熔池的表面温度比TIG焊的表面温度要高,从而引起了金属蒸汽浓度的增加,所以考虑金属蒸汽的A-TIG焊的电弧等温线较考虑金属蒸汽的TIG焊的电弧等温线有一定程度收缩。结果表明,考虑金属蒸汽对A-TIG焊熔深的模拟结果具有一定的影响,熔深减小约6%,该结果与有关试验研究结果吻合良好。     

GMAW焊熔池图像处理算法

根据GMAW焊的特点,建立焊接熔池图像传感系统,获取了清晰的熔池图像,并对焊缝熔池图像的特征进行分析。采用自适应维纳滤波、GAMMA值增强和Otsu阈值分割进行图像预处理,并采用形态学开运算和Prewitt边缘检测算子对图像进行了后处理。结果表明,这套算法能够对熔池图像进行有效地处理,获得清晰完整的熔池边缘。     

基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—MAG复合焊等离子体辐射,进行空间分布200～1100nm间光谱采集。选取特定谱段辐射积分,给出其在紫外辐射(FeII)、可见光辐射(FeI)、红外辐射(ArI)各扫描层面辐射强度分布。进一步结合高速摄像,研究激光—MAG复合焊的耦合机理。研究结果表明,激光与MAG复合后,其等离子体在焊接电弧中心位置的辐射增强(其中紫外和可见光谱段更明显),形成一个辐射梯度较大的辐射增强区。FeI、FeII对应谱段的电弧辐射区间增宽,这种现象在激光作用的电弧前沿更明显。特定谱段辐射的面分布表明,激光—MAG耦合后,辐射在熔池附近及电弧中部的辐射增强,而在电弧上部的辐射减弱。耦合后的等离子体能量分布更集中于中心部位和熔池附近,复合等离子体Fe辐射区间的增宽,也为电弧稳定提供电离通道。耦合后等离子体辐射分布,使得激光复合焊焊缝成形改善、电弧稳定性增加。     

激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。     

不同波长激光对激光—MAG电弧复合焊接熔滴行为的影响

通过计算分析了金属对Nd：YAG激光和CO2激光的吸收率;以8.0mm厚高强钢板为试验材料,采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化.建立脉冲MAG焊接熔滴力学模型,从熔滴受力角度分析了不同波长两种激光YAG激光和C02激光在激光—MAG焊接中对熔滴过渡形式和熔滴过渡频率的影响.结果表明,Nd：YAG激光和CO2激光输出特性存在差异,金属表面对YAG激光的吸收率约为CO2激光的3倍多;在焊接电流180A、焊接电压26V、光丝间距3mm的相同条件下,YAG激光—MAG电弧复合焊接熔滴过渡频率高于CO2激光—MAG电弧复合焊接的熔滴过渡频率,且熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而降低,但是增加等量的激光功率,YAG激光—MAG电弧复合焊接熔滴过渡频率下降幅度更大;CO2激光—MAG电弧复合焊接过程中,熔滴的过渡形式由射滴过渡转变为颗粒过渡,在YAG激光—MAG电弧复合焊接过程中,熔滴过渡形式主要为射滴过渡.     

数学形态学在MAG焊熔池图像处理中的应用

用灰值和二值数学形态学操作对MAG焊熔池图像进行了处理,并对比分析了二者在.Net和MFC两种软件开发平台上的图像处理编程效率和运行速度。MAG焊接过程熔池图像处理结果表明,采用数学形态学和.Net编程可满足强实时性的熔透控制要求。     

铝合金MIG焊正面熔池图像视觉传感与处理

建立了铝合金脉冲MIG焊熔池图像检测CCD视觉传感系统。应用窄带滤光的方法成功地解决了强弧光干扰，通过大量试验，在获取清晰焊接熔池区图像的基础上，分析了铝合金焊接熔池图像的特征，研究了适合铝合金MIG焊熔池图像处理方法和熔池几何尺寸的边缘检出方法，获得了满意的熔池边缘特征图像，为进一步实现铝合金MIG焊接熔透智能控制奠定了基础。     

Three-Dimensional Reconstruction of Welding Pool Surface by Binocular Vision

Current research of binocular vision systems mainly need to resolve the camera's intrinsic parameters before the reconstruction of three-dimensional(3D)objects.The classical Zhang'calibration is hardly to calculate all errors caused by perspective distortion and lens distortion.Also,the image-matching algorithm of the binocular vision system still needs to be improved to accelerate the reconstruction speed of welding pool surfaces.In this paper,a preset coordinate system was utilized for camera calibration instead of Zhang'calibration.The binocular vision system was modified to capture images of welding pool surfaces by suppressing the strong arc interference during gas metal arc welding.Combining and improving the algorithms of speeded up robust features,binary robust invariant scalable keypoints,and KAZE,the feature information of points(i.e.,RGB values,pixel coordinates)was extracted as the feature vector of the welding pool surface.Based on the characteristics of the welding images,a mismatch-elimination algorithm was developed to increase the accuracy of image-matching algorithms.The world coordinates of match-ing feature points were calculated to reconstruct the 3D shape of the welding pool surface.The effectiveness and accuracy of the reconstruction of welding pool surfaces were verified by experimental results.This research proposes the development of binocular vision algorithms that can reconstruct the surface of welding pools accurately to realize intelligent welding control systems in the future.     

TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响

根据毕奥-萨伐尔定律,对惰性气体钨极保护-熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas-metal inert gas,TIG-MIG)复合焊TIG-MIG电弧间相互作用模型进行改进;结合不同倾斜电弧下电流密度分布的自适应模型,建立TIG-MIG复合焊的电弧力-热模型。对不同焊接电流下TIG-MIG复合焊电弧倾角展开计算,分析复合焊电弧间相互作用力对工件上热流密度分布和焊缝成形的影响,发现两电弧之间存在的排斥力能够增加TIG电弧的垂直度,从而提高TIG电弧热流密度,同时MIG电弧是影响TIG-MIG复合焊焊缝成形的主要因素。研究复合焊焊枪间距和两焊枪的前后位置对焊接过程的影响,发现TIG焊枪在前、MIG焊枪在后的方式更有利于焊接过程稳定。计算结果与试验结果的对比表明,所建立的模型能够较好地描述TIG-MIG复合焊接物理过程,这对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义和实际应用价值。