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.     

纵向磁场作用下的钨极氩弧焊电弧温度场

通过采集钨极氩弧焊电孤单色图像,采用Fowler-Milne法得到了纵向磁场作用下的电弧温度场,研究了磁感应强度、焊接电流和弧长对电弧温度场的影响.结果表明:在纵向磁场作用下,电弧温度整体降低,电孤体下部出现低温腔;电孤温度场受磁感应强度、焊接电流及弧长的影响.结合电弧图像及温度场在纵向磁场作用下的变化规律,对纵向磁场作用下电弧的演变过程进行了描述:随着磁感应强度增大,在洛仑兹力与自磁收缩力的共同作用下电弧出现先扩张后收缩的现象;随着弧长变长,低温腔变大,阳极附近电孤中心温度变低,且温度半径变大;随着焊接电流的增大,电孤作用半径及电弧的温度半径变大.     

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。     

高压干法水下熔化极惰性气体保护焊电弧声数据采集与分析

摘要： 设计了高压干法水下熔化极惰性气体保护焊（MIG）电弧声采集硬件系统,研究分析了不同环境压力对声音信号的影响规律,并进行了不同压力环境下的传声器校准;采用LabVIEW软件编程,同步采集焊接过程中的电弧声和电流、电压信号,在时域和频域两方面分析高压干法水下MIG焊接过程中不同环境压力下的电弧声信号特征,为电弧声在高压干法水下MIG焊接质量监控中的应用奠定基础.     

钨极氮弧焊电弧数值模拟

与氩弧比较,氮弧具有更优良的高热特性.针对自由燃烧的氮气电弧建立了二维稳态的轴对称模型,研究了电弧的传热传质行为.以电弧电流200A,弧长10mm的自由燃烧氮气电弧为研究对象,采用以SAMPLEST算法为基础编通用流体计算软件PHOENICS进行了数值模拟,并与氩气电弧的模拟结果进行了对比,发现氮气电弧截面收缩更小,具...     

Al-Mg合金钨极气体保护焊接电弧的光谱特征提取方法

摘要：
以Al-Mg合金的脉冲交流钨极气体保护焊接为背景，运用主成分分析方法对电弧光谱进行冗余信息去除和特征信号提取，分别使用信号脉冲周期内平均和小波重构的方法对特征信号进行去脉冲干扰，并对特征信号和不同类型焊接缺陷间的关系进行研究.结果表明，第1、2主成分包含了电弧光谱中的主要信息，分别对应Ar I谱线和金属谱线，反映了焊接过程的不同方面，第1主成分特征信号与电弧的热量输入关系较大，而第2主成分特征信号与熔池的稳定性密切相关.
     

钨极气体保护焊金属原型技术工艺

介绍了基于钨极气体保护焊(GTAW)的金属原型技术成型工艺及其实验系统组成,对GTAW成型过程进行分析,得到了与金属零件成型相关的焊接工艺参数,通过实验与数学建模得到了关键参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度)与焊缝几何尺寸的关系,根据快速成型的特点及要求,优化了焊接工艺参数并进行了三维金属零件的堆积实验.结果表明:用该工艺参数制造的金属零件成型较好,表面均匀,能够满足金属原型制造的要求.     

基于电弧图像的脉冲TIG焊电弧形态及特征温度演变规律

脉冲电流钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)保护电弧焊广泛应用于高品质焊接制造.研究电弧形态、灰度和温度等特征参数随脉冲电流的变化规律,有助于更深入地理解脉冲TIG焊的电弧动态物理特性,更好地评判焊接过程的稳定性和控制焊缝成形质量.该文通过同步采集焊接过程的脉冲电流及对应的电弧图像,借助于图像处...     

电极极性和保护气体种类对TIG电弧辅助MIG焊引弧性能的影响

通过电信号-高速摄像采集系统记录钨极惰性气体保护-熔化极惰性气体保护(TIG-MIG)复合焊引弧过程中的电压-电流信号和电弧图像,研究了TIG焊和MIG焊的电极极性接法、MIG焊保护气体种类对TIG电弧辅助MIG焊引弧性能的影响.试验结果表明:MIG焊采用直流反接是TIG电弧辅助MIG焊依靠细长放电通道实现非接触引弧的...     

钨极氮弧焊焊接电弧数值分析

以直流钨极氮弧焊电弧为研究对象,根据磁流体动力学理论构建轴对称两维数学模型,建立模型时考虑阴极的几何形状,在此模型上对氮气保护TIG焊接电弧进行数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布规律显示氯气电弧的最高温区出现于近阳极区域,这个结果与试验情况相当吻合,并与相同条件下氩气电弧的温度场进行了比较．在此基础上对电弧压力和电流密度以及等离子速度场进行了模拟分析;同时分析了不同电流和弧长对等离子流速度分布的影响,结果表明等离子体速度值随着电流的增加而增大。随着弧长的增加而减小．     

WC-Co系硬质合金TIG焊接头界面扩散分析

采用Ni-Fe-C填充材料对WC-30Co硬质合金与45钢的钨极氩弧（TIG）焊进行了研究,观察分析了焊接接头的组织形貌,提出了块体界面扩散的板片模型和管道模型,并采用板片模型对WC-30Co硬质合金与钢TIG焊焊接的WC-30Co／焊缝界面的各元素的扩散行为进行了分析．界面显微观察结果表明,采用Ni-Fe-C合金作为填充金属获得了良好的焊接接头,焊缝与WC-30Co硬质合金之间发生界面扩散,在界面原子间机械力的作用下,发生了牢固的冶金结合．利用多项式进行曲线拟合,并用Matlab进行计算,可以解决焊接过程时间参数过小而无法应用板片模型的困难,是一种可行的数据处理方法．采用板片模型可以有效地描述界面元素的扩散行为,η相周围基体中元素较强的扩散能力是其形成的重要原因．     

利用电弧光谱对TIG焊接电弧弧长的检测

系统地研究了电弧光谱中特征谱线辐射强度与弧长的关系,指出谱线辐射强度随弧长的改变而变化,两者之间有确定的变化规律.基于对众多谱线的分析,从中选出ArI 801.5 nm特征谱线,建立了该谱线辐射强度与弧长的关系方程.该方程式的建立为电弧弧长的光谱检测提供了理论基础.     

电弧超声激励共熔池双钨极氩弧焊接方法

提出了一种附加电弧超声激励共熔池的双钨极氩弧焊接新方法.使用附加超声电弧和主电弧完成焊接过程,附加超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,主电弧作为主要的焊接热源,以实现改善焊缝金属性能及其焊接效率的功能.同时,以304钢为例,采用所提出的焊接方法进行试验.结果表明,所提出的焊接方法可以提高焊接过程的稳定性和焊接效率,有效细化焊缝金属组织并提高焊缝金属的拉伸性能.     

基于焊接温度场的焊缝跟踪与熔透控制

研究了从焊接温度场中获取焊缝位置和熔透信息的方法，在此基础上设计了规则自调整模糊控制器，实现了MIG／MAG的焊缝跟踪与熔透控制．该系统已成功应用于螺旋管缝内焊自动跟踪与熔透控制．     

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．     

铝合金变极性TIG焊熔池与阴极清理区视觉检测系统

基于铝合金变极性钨极惰性气体（TIG）焊接光谱分析,选择合适的滤波片和减光片,建立了在线检测铝合金变极性TIG焊熔池与阴极清理区的视觉检测系统,获得了清晰的熔池和阴极清理区图像,并且观察到了不同反极性比时熔池和阴极清洁区的变化,焊后对比结果表明,与通过视觉系统检测到的图像一致.此外,还得出了反极性比对阴极清理宽度和焊缝宽度的影响规律曲线,为优化焊接生产工艺提供了依据.     

基于分形和数学形态学的TIG焊熔池图像分析

焊接图像中不可避免地存在烟尘和弧光等干扰造成的噪声,而传统的图像处理方法对噪声非常敏感,因此很难准确地对焊接图像进行处理.文中提出了一种基于分形和数学形态学理论的综合图像处理方法.该方法利用分形理论中的离散分数布朗随机场理论得到按分形维分布的熔池灰度图像,然后利用二值形态学中的连通域检测去除噪声并得到目标图像,进而利用形态学中的开运算和闭运算得到图像的强连通边界.试验结果表明,该方法能够快速、准确地检测熔池的边缘、高度、宽度以及面积等信息.     

直流TIG焊接电弧阳极电流密度的数值计算

以直流钨极氩弧焊电弧为研究对象，建立了轴对称两维数值模型。模型中考虑了阴极几何形状，电流密度计算包括了阴极区和弧柱区。模型对一组磁流体动力学方程组的求解，采用了ＳＩＭＰＬＥ算法，所得的电弧弧柱温度分布与实验吻合良好。在此基础上，运用所建立的电弧模型，详细分析了焊接电流、钨极端头锥角及弧长对电弧阳极电流密度分布的影响，计算结果与实测值基本一致。