Hastelloy C-276合金脉冲激光焊接熔池流动行为分析

根据传热学和流体力学基本原理建立瞬态Nd:YAG脉冲激光焊接熔池三维数值分析模型,研究Hastelloy C-276合金薄板脉冲激光焊接过程中熔池液态金属流动的基本规律.利用Fluent软件,采用有限容积法求解控制方程,用SIMPLE算法处理压力与速度耦合.引入Ma来评价焊接熔池的流动特性,并指出了焊接熔池中出现重熔轮廓线的原因.通过与实测温度场对比,验证了所建模型的准确性.模拟分析表明:脉冲激光焊接过程中存在较微弱的Marangoni对流现象;牛顿剪切应力的存在使熔池表层流体对流剧烈.此模型可为Hastelloy C-276合金薄板脉冲激光焊接熔池流体流动行为分析提供理论依据.     

YAG激光与脉冲MIG复合焊

采用设计制造的复合焊接机头 ,研究了YAG激光 脉冲MIG电弧复合焊接铝合金时各种规范参数对焊缝成型的影响规律及激光与电弧的复合作用 .结果表明 ,在比较宽的参数范围内YAG激光 脉冲MIG复合焊接铝合金具有焊缝成型美观 ,无气孔等优点 ,熔深与激光单独焊相比增加 4倍 ,与脉冲MIG焊接相比增加 1倍以上 ,焊速显著提高 ,是一种理想的焊接工艺 .     

基于实验铝合金激光小孔焊熔池表面速度计算

为了解决激光焊接铝合金熔池表面液态金属流动速度量值化问题,结合高速摄影装置与波动理论,提出了计算激光焊焊接过程中铝合金熔池表面液体流速的计算方法.根据有限深度液体流动模型,波速取决于液体波传播的波长以及液体深度这两个物理量,采用高速摄影对焊接过程中熔池的流动形态进行拍摄,得到进行波的波长;对焊缝截面的熔深进行测量得到液体的深度,可以计算熔池表面液体的流动速度.研究表明,在激光束功率为6 kW,焊接速度分别为0.066 7,0.075,0.083 5 m/s的高速焊情况下,熔池表面的流动速度可达0.065 8,0.064,0.072 m/s.     

钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面特征参数的激光视觉测量

摘要： 针对现有的钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面测量方法难以应用于强弧光、高温辐射、液态金属表面镜面反射等问题,提出一种激光视觉测量法. 利用小功率点或线阵模式结构激光照射覆盖整个熔池表面,采用高速摄像机实时采集经熔池液态金属表面反射畸变的激光图像.设计图像处理算法提取成像激光点位置坐标,建立与投射激光点位置坐标的空间转换数学模型,离线获得熔池三维自由表面的几何特征参数值,对比实测凝固熔池表面对应参数值发现,所提取的几何特征参数值与实测值吻合较好,熔宽、长度和凸度误差分别为0.8%、0.6%和4.7%,证明激光视觉法能够实现熔池自由表面三维信息的动态测量,为采用几何特征参数调整熔池自由表面形貌变化控制焊缝成形及缺陷提供一种新方法.     

微量元素降低焊缝扩散氢含量的机理探讨

采用熔池添加合过渡法研究微量元素Ｙ和Ｔｅ对焊缝扩散氢含量的影响，结果表明，熔池法过渡微量元素的降氢效果显著，降氢机理为：Ｙ和Ｔ均属表面活性元素，能改变熔池液态金属的表面性质，减少表面对电弧这僮氢原子的吸附，使焊缝金属扩散氢含量降低。     

SiCp/ZC71镁基复合材料激光焊焊接接头的组织和性能

采用Nd∶YAG激光器对SiCp/ZC71镁基复合材料进行焊接,研究了两种不同焊接工艺条件下激光焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明:在两种焊接工艺下,SiCp/ZC71镁基复合材料都获得了较好的形貌,焊缝完全焊透;焊接接头区域SiC颗粒分布均匀,白色的镁的金属间化合物消失了,没有明显的热影响区;焊接接头的抗拉强度相对母材低,显微硬度高于母材,断裂发生在焊缝区域。     

Simulation of Weld Depth in A-TIG Welding with Unified Arc-electrode model

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低碳钢A-TIG焊接法的试验研究

研究了一种高效的 TIG焊接方法 A- TIG,进行了系列 TIG焊堆焊试验 .结果表明 :在相同焊接规范下 ,涂敷表面活性剂后焊接电弧有明显收缩 ,熔池深度有显著增加 ,而熔宽稍有减小 .同时还介绍了活性剂成分的调配及活性剂成分对熔深变化的影响 ,并对熔深增加机理进行了分析     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

无熔深堆焊铜熔池图像视觉检测方法研究

在分析了视觉法检测熔池的取像机理和钨极氩弧焊（TIG焊）电弧光谱的基础上,提出了近红外波段取像铜熔池的思路,并设计出基于不同取像机理的多种复合窄带滤光系统.采用普通电荷耦合（CCD）传感器从正面拍摄了铜熔池,并对不同观察窗口下的取像结果进行比较分析,找到了相对较佳、可获得较清晰的铜熔池图像的取像窗口.最后分析了TIG焊铜熔池图像的特征,并与TIG焊钢熔池图像比较后发现：在近红外波段,铜熔池比钢熔池难于获得清晰的图像.     

焊接机器人中智能视觉的研究

自同步的激光扫描机被集成在一个小型的装置中,将其安装在关节式机器人的手腕上。为了改善光三角测量特性,用最新的固体激光器和CCD传感器技术组合成这种新式的摄象机结构。在焊接过程中,摄象机能对焊接工件进行三维测量,且使机器人弧焊过程最优化,在大电流弧焊期间也能以高精度实时进行焊缝和焊接几何形状的分析。它提供了关于弧前方的焊缝几何形状(例如:焊缝跟踪)和焊区后方(例如:完成的焊缝检查)的信息。提供了闭环自适应焊接的两个信息。视觉系统能被用来产生三维物体数据,这些数据同计算机图象系统连在一起,能够组成实时系统乃至专家系统。     

横向交变磁控DP-TIG焊电弧熔池特性研究

外加交变磁场可改善大电流高速焊接时的焊缝成形缺陷,为获得不同励磁参数对DP-TIG(deep penetration,TIG)焊接电弧和熔池特性的影响,在横向交变磁场作用下,对12 mm的Q345B板进行了DP-TIG焊接试验.通过高速摄像系统观察电弧形态,采用小孔法测量电弧压力,基于金相腐蚀法分析熔池截面.结果表明:与无磁场作用时的DP-TIG电弧相比,在横向交变磁场作用下,DP-TIG电弧形态发生明显变化,电弧压力峰值随交变频率的增大先降低后增大,熔池截面形态由指状向锅底状过渡,且镍基堆焊时,焊缝表层铁含量在5%以内,焊材被稀释程度较低.     

红外热成像技术对焊接过程的研究

本文应用红外热成像技术对焊接过程进行了研究.试验表明,红外热象仪能直接看到电弧下的焊接熔池的温度分布,因此以它为温度传感器作为弧焊机器人焊接系统的一环,比电磁、激光等其他温度传感器简便、快速、正确、可靠,有利于实时检测和监控. 本文研究指出,红外热象图可以实时地动态地显示焊接熔池及热影响区的表面温度.红外热剖面线的形状和尺寸随着焊接输入热、熔深、熔宽的变化而相应地变化,并取得一组关系曲线.如果通过焊接过程的控制使焊缝熔深、熔宽保持不变,将使焊接质量提高到前所未有的新水平.     

钛合金激光/氩弧斜焊缝疲劳性能对比研究

针对TC4钛合金激光、氩弧斜角度焊接疲劳性能展幵对比试验研究。对两种斜焊缝试样的疲劳寿命和疲劳断口进行了対比计算与分析。结果表明:氩弧斜焊试件的疲劳寿命相比激光斜焊的分散性小,激光斜焊试件的中值疲劳寿命是氩弧斜焊的1.96倍;激光焊缝比氩弧焊总体面积小,激光斜焊疲劳裂纹起始于热影响区表面,氩弧斜焊疲劳源位于试件内部气孔缺陷处。裂纹扩展初期两种焊缝均有脆性解理特征矿展后期和瞬断区激光斜焊比氩弧斜焊表现出更好的韧性。     

外加纵向磁场惰性气体保护钨极电弧焊接熔池流动模型

在惰性气体保护钨极电弧焊接（GTAW）过程中,引入纵向磁场焊接,它是以LD10CS铝合金炙焊接材料,水冷紫铜板为阳极,实验用探针法测定外加纵向磁场GTAW焊接电弧电流密度的径向分布,。并在此基础上用磁流函数法详细推导了外加纵向磁场GTAW焊接熔池流体所有体积力的表达式,建立了外加纵向磁场作用下焊接熔池流体流动和传热过程的新模型,该模型考虑了外加纵向磁场的附加作用,使之更能接近外加纵向磁场GTAW焊接的实际,为外中纵向磁场GTAW焊接机理的研究提供了条件。     

激光-等离子弧复合焊熔池的流动特性

为了研究激光-等离子弧复合焊接熔池流动特性,该文建立了焊接过程中液相区、糊状区和固相区的三维模型,采用体热源来模拟小孔效应,并利用有限控制容积法计算了复合焊接熔池的流场和温度场,重点研究了表面张力和电磁力的作用。数值分析结果表明:表面张力流是决定复合焊熔池流动的主要原因,是影响焊接成形的主要因素;与表面张力流相比,电磁力流的强度较低,但可增加熔深和下表面熔宽。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与试验相符合。     

激光-等离子弧复合焊熔池的流动特性

为了研究激光-等离子弧复合焊接熔池的流动特性,该文建立了焊接过程中液相区、糊状区和固相区的三维模型,采用体热源来模拟小孔效应,并利用有限控制容积法计算了复合焊接熔池的流场和温度场,重点研究了表面张力和电磁力的作用。数值分析结果表明:表面张力流是决定复合焊熔池流动的主要原因,是影响焊接成形的主要因素;与表面张力流相比,电磁力流的强度较低,但可增加熔深和下表面熔宽。针对1420铝锂合金的复合焊工艺试验表明计算结果与试验相符合。     

CO2气体保护焊温度场的数值模拟

为了研究强制对流对气体保护焊温度场的影响，通过红外热像仪检测了CO2气体保护焊的温度场，发现在熔池及其邻近区域温度呈圆锥型分布．在此实验结果的基础上，确定了2．0mm的高斯热源热流分布参数．在详细分析多种对流边界条件下，通过ANSYS对有强制对流效果的气体保护焊温度场进行了数值模拟．确定了适用于有强制对流效果的气体保护焊的对流边界条件计算公式．对焊接温度场的峰值温度和t8/5等参数的实验结果与模拟结果对比分析表明，强制对流边界条件是气体保护焊温度场尤其是近缝区温度分布数值模拟的关键因素之一．     

基于激光扫描的焊缝成形尺寸测量

提出了一种基于激光扫描获取焊缝成形尺寸的视觉测量方法.搭建了一套焊缝表面成形视觉成像系统并进行系统标定;实时采集投射激光条纹的焊缝视觉图像,采用中值滤波、二值化分割、骨络化和形态学图像处理方法实现了图像中线激光条纹的提取和细化;以细化的条纹图像为信息源来表征焊缝成形轮廓,并建立了焊缝宽度和焊缝长度的检测算法.实测结果表明,所提出的激光条纹辅助视觉测量方法能够实现焊缝成形尺寸的非接触自动测量,测定的焊缝宽度及焊缝长度可以满足焊缝成形表征的需求.     

MIG焊接熔池的图像处理和数字控制系统

在 ＭＩＧ焊条件下，存在多种外界干扰。为了保证焊接质量，对焊接熔池的形 状进行控制是非常重要的。使用先进的ＣＣＤ摄像机，通过周期性地减小焊接电流，排 除弧光干扰，可摄取清晰的熔池图像。通过微型计算机进行图像处理，计算并给出所需 的焊接电流，实时地控制焊道的宽度，从而控制焊接熔深。本系统具有良好的控制特性 和很高的控制精度，可用于实现 ＭＩＧ焊的实时控制。