功率调制对激光振镜焊接铝合金的影响

为了验证能量分布模式对异种铝合金焊接质量的影响,采用全域功率调制激光振镜焊接系统对6061和5052铝合金进行了对接焊试验.对比了传统激光焊(LW)和两种激光振镜焊接模式(恒功率-CP和梯度功率-GP)对焊缝成形、焊接气孔、显微组织和力学性能的影响.结果表明,光束振荡改善了焊缝成形,GP模式焊缝表面凹陷程度最小;振镜模式下焊缝等轴晶的比例比激光焊增多,其中GP模式焊缝等轴化程度最高,显示出最高的接头强度和熔合区硬度;GP模式焊接时降低了熔池温度梯度,使熔池产生了最大的过冷度和异质形核率,从而提高了焊缝中等轴晶的比例;振镜激光焊接改变了能量分布模式,降低了能量峰值;GP模式下焊缝中心的能量密度高于CP模式,使得焊缝熔合良好.

同轴送粉激光熔覆的粉末熔化过程建模与仿真

同轴送粉激光熔覆中,粉末与激光的交互作用会直接影响熔覆成形的精度与质量,红外摄像无法直接获得激光内粉末的熔化行为,因此通过分析粉末对热量的吸收情况,使用高速摄像系统采集粉末熔化的动态行为,并建立粉末熔化过程的动态解析模型,通过仿真分析激光功率对不同熔化阶段的影响,及粉末进入熔池时的温度特征.结果表明,高速摄像系统采集粉末在激光中的动态熔化行为中存在“固态→固液两相态→液态”3个典型熔化特征阶段,粉末熔化动态行为可以使用数学解析模型解析,而不同阶段的热物理行为具有粉末与激光热交互作用的动态解析模型,分析了激光功率、离焦量、载粉气流量对粉末熔化行为的影响,同时通过仿真分析不同激光功率对各个特征阶段持续时间的影响,预测粉末颗粒到达基材的温度分布,发现激光功率从100 W增加至1 500 W时,粉末进入熔池的温度呈非线性变化,温度从750℃增加至3 250℃.

激光清洗时氟碳铝粉漆层表面粗糙度的分析及其对激光吸收的影响

激光清洗2024铝合金飞机蒙皮表面漆层过程中,粗糙表面的形成与演化会对漆层与激光的热交互作用及漆层去除机理产生较大的影响.1 064 nm脉冲激光逐层除漆过程中,分析了漆层表面形貌与粗糙程度的变化,研究了粗糙表面的产生机理及其演化规律,并通过建立漆层粗糙表面等效分析模型计算分析了漆层粗糙表面对激光吸收率的影响规律.结果表明,激光除漆过程中不同的去除机理作用后漆层均会出现粗糙表面,且粗糙表面的演化存在一定的规律;逐层除漆时,漆层粗糙表面对激光吸收率有明显增加作用,在激光作用7次后漆层粗糙表面对激光的吸收率增加了32.8%,如果采用固定的初始激光清洗工艺,会因吸收率增大导致铝合金基材产生损伤行为.

双脉冲自保护药芯焊丝电弧焊工艺稳定性

鉴于自保护药芯焊丝在野外焊接的重要性,尤其对于野外大型机械等关键零部件的应急修复,提高其焊接成形精度至关重要,因此研究了自保护药芯焊丝在双脉冲电弧模式下的工艺稳定性.为了实现电弧焊工艺稳定性的有效控制,采用单因素试验研究了双脉冲参数对焊接过程稳定性的影响,发现熔滴平均尺寸与电流变异系数关系密切,因此,选取强弱脉冲频率、占空比、强弱脉冲峰值和基值7个双脉冲参数作为输入值,建立一种基于RBF-BP神经网络的熔滴平均尺寸预测模型,结果表明,该预测模型有效、可行,为控制熔滴过渡过程稳定性提供了技术支撑.

基于双NURBS曲线的叶轮叶片工业机器人GMAW增材制造

以双NURBS曲线获得的直纹面广泛存在于各行业复杂零件中,如何实现复杂直纹面的增材制造一直是增材制造领域中极为关心的问题。以双NURBS曲线描述叶片模型,进一步获得直纹面,采用优化工艺参数,以GMAW方法实现了叶轮叶片的增材制造,增材获得的叶片完整,成形良好,表明以GMAW工艺实现双NURBS曲线叶片增材制造是可行的。为叶片模型构建、复杂形状叶片的电弧增材制造提供了新方法,对复杂形状零件增材制造过程控制具有借鉴意义。

激光清洗铝合金表面漆层的粗糙程度变化检测与分析

采用1064 nm脉冲激光清洗2024铝合金表面氟碳漆层时,表面粗糙度的变化引起漆层对激光吸收作用的改变,易使得热量吸收过度造成基材损伤.为此,针对激光清洗过程中漆层表面粗糙形貌的检测与分析,设计了脉冲激光清洗实验系统,分析了2种激光清洗模式下氟碳漆层表面粗糙形貌的产生机制,并采用激光共聚焦显微镜对表面粗糙度进行了测试与表征,研究了激光逐层去除氟碳漆层时表面粗糙度的演化行为.结果表明:1)在激光清洗过程中,激光烧蚀和振动作用后漆层均会产生粗糙表面;2)激光逐层清洗过程中,表面粗糙度随着激光作用次数的增加呈非线性增大,当激光作用14次后漆层表面粗糙度已经达到35.88μm,相比于激光第1次作用后增加了370%;3)激光逐层除漆过程中粗糙表面对激光吸收率具有增加作用,在激光7次作用后漆层粗糙表面对激光的吸收率增加了32.8%.

推力室钎焊身部焊缝缺陷的DR数字成像自动检测方法

针对常规胶片照相法评定推力室焊缝缺陷过程中检测效率低、难以实现自动化、智能化等缺点,提出了一种基于X射线数字成像检测技术的缺陷自动检测方法,搭建了DR数字成像检测系统。采用改进型Faster R-CNN网络建立了DR数字图像焊缝缺陷识别模型,对该模型的识别准确性进行了测试并在DR检测系统上进行了模型部署。研究结果表明,所训练的改进型Faster R-CNN模型能够准确识别DR数字图像中4种典型钎缝缺陷,且识别准确率可达93%以上,单张图像缺陷识别时间不超过2 s。使用改进型Faster R-CNN网络模型对液体火箭发动机推力室钎焊接头DR数字成像检测图像进行计算机智能评定,试验证明模型部署于DR检测系统可实现缺陷的智能在线检测。

液体火箭发动机推力室熔焊缝数字化胶片图像缺陷识别方法研究

推力室的焊接质量可靠性与稳定性对于发动机服役性能以及火箭安全运行具有非常重要的意义,主要通过人工评定胶片图像来识别其焊缝缺陷,检测效率低、经验依赖性强。针对液体火箭发动机推力室胶片数字化图像的特点,通过对原始图像进行尺寸归一化、图像增强等图像预处理构建图像样本集,并采用YOLO V3算法建立了基于深度学习理论的熔焊缝缺陷自识别模型。结果表明,训练的YOLO神经网络模型能够准确识别胶片数字化图像中气孔、裂纹、未熔合、未焊透等4种典型熔焊缝缺陷,识别准确率达90%以上,有良好的工业应用前景。

双弧脉冲MIG焊耦合电弧特性的数值模拟研究

针对双弧脉冲MIG焊热源稳定性差的问题,本文对双弧脉冲MIG焊耦合电弧进行瞬态数值模拟,分析了不同脉冲电流参数下耦合电弧形态、温度和压力的分布及变化规律。研究表明:耦合电弧呈驼峰状,脉冲电流发生跳变时,耦合电弧伸展或收缩,并逐渐稳定,峰值电流越小,越快达到稳定;增大脉冲电流,耦合电弧温度和电弧压力随之升高;保持总电流不变,减小主弧电流,增大旁弧电流,主弧温度和电弧压力减小,旁弧温度和电弧压力增大,当旁弧电流足够大时,耦合电弧温度和电弧压力呈双峰分布。数值模拟结果与双弧脉冲MIG焊工艺实验结果吻合良好,模拟结果对调控双弧脉冲MIG焊脉冲电流参数,改善其耦合电弧稳定性及工艺性能具有重要意义。

LNG储罐内罐立缝智能化焊接技术研究思路

随着我国能源结构的不断调整,LNG储罐的大型化、精细化、规模化已成为推动我国液化天然气工业发展的主流趋势,储罐内罐立缝打底及填充盖面过程的焊接质量、焊接效率及智能化程度直接关系到焊接接头服役的可靠性、结构设计的灵活性及LNG储罐的建设成本。目前已开发出的LNG储罐立缝焊接半自动焊接专机在内罐立缝焊接过程中存在智能化水平不高,过分依赖人工及焊接环境恶劣的问题。通过对目前半自动焊接专机存在的问题进行分析并提出相应的改进方案,在现有半自动焊接专机的基础上加入打底焊熔透控制及填充盖面自适应智能传感系统,进一步提升其智能化水平及焊接效率,并为LNG储罐内罐立缝智能化焊接的发展提供参考思路。

基于激光视觉检测的焊缝轨迹离线规划

在实际焊接过程中,由于电弧弧光、飞溅等强烈的干扰,导致激光视觉检测特征点发生漂移,信息提取失败。为避免大电流CO_(2)气体保护焊接过程中强弧光和飞溅的干扰,采用了离线视觉测量方法对待焊工件进行检测,将得到的图片进行形态学组合滤波和欧式距离场变换处理,利用差分法提取出坡口位置信息,最后采用分组求平均和插值法得到完整的焊接轨迹数据,将焊接轨迹数据传输至下位机实施自动焊接,最终得到了成形均匀,无气孔、咬边等缺陷的焊缝。

基于旁路耦合电弧的铝钢MIG熔钎焊研究

实现铝钢良好连接的关键是有效控制焊接热输入,尽量降低中间层铝铁金属间化合物的厚度,一般认为中间层金属间化合物厚度小于10μm时铝钢接头质量良好。提出旁路耦合电弧熔钎焊方法,通过调节旁路电弧电流的大小来控制焊接热输入。在优化控制系统和工艺参数的基础上采用脉冲旁路耦合电弧焊方法将铝镁合金ER5356堆焊到304不锈钢板上,获得结合良好的焊缝。对焊接接头进行扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、能量色散光谱仪(Energy dispersive spectrometry,EDS)分析,结果表明:铝与不锈钢焊接接头中间层金属间化合物平均厚度约为8μm,小于10μm的临界厚度;脉冲旁路耦合电弧焊方法能够实现铝钢的连接,是一种新型低成本低热输入电弧焊方法。

电弧声信号与铝合金MIG焊缝塌陷的相关性

针对铝合金MIG焊过程热积累作用强容易产生焊缝突然塌陷从而导致焊接过程失败的问题,建立电弧声信号传感系统并以焊接电弧声为研究对象,运用小波分析方法研究焊接电弧声信号与焊缝塌陷的相关性。研究表明电弧声信号的能量变化与焊缝塌陷有着明显的对应关系,电弧声总能量随着焊缝开始塌陷而增加,对电弧声进行小波分解发现不同频带有着不同的变化规律。研究结果为铝合金MIG焊实时焊接塌陷缺陷的检测提供一种新型有效的方法。

Si和Zn对铝/钢异种金属熔钎焊接头界面组织的影响

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法用ER4043铝合金焊丝对5052铝合金/镀锌钢异种金属进行搭接焊,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对所获得的铝/钢连接界面进行了分析与研究。结果表明:焊接接头焊趾处是一个Zn的富集区,通过对该区域组织进行分析发现,焊趾处的物相由靠近钢侧的Fe2Al5Zn0.4和焊缝中的Al-Zn固溶体组成。焊缝中的Si元素参与了界面处化合物层的反应,并生成了Al8Fe2Si三元金属间化合物,该三元金属间化合物沿着焊缝侧金属间化合物Fe Al3的边缘分布。进一步线扫描发现:Si元素在整个界面反应层中有明显富集现象。此外,在测试结果的基础上对Fe-Al-Si三元金属间化合物的生长过程进行探讨。

铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析

以热力学基本定律为基础,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面金属间化合物形成的吉布斯自由能变化计算模型.应用所开发的计算和绘图程序,得到铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面处Al-Fe金属间化合物相形成的标准吉布斯自由能变化与温度关系的图形,分析在焊接接头界面处可能形成的Al-Fe金属间化合物相的种类,并与焊接实验结果进行比较.模拟结果表明:在Al-Fe界面上形成Fe2Al5和FeAl3金属间化合物,与实验结果基本一致,所建立的热力学模型是合理的.

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 。

几种铝钢异种金属熔钎焊工艺的对比与分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG焊、CMT及激光焊方法实现铝/镀锌钢板搭接焊,对焊缝界面微观组织、形貌及元素成分进行了观察分析,并测试了其力学性能.结果表明,三种焊接方法均可以实现铝/镀锌钢板异种金属的优质连接,获得成形良好的焊缝,搭接接头的抗拉剪强度均可以达到铝合金母材的80%以上,拉伸试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区.当母材热输入及工艺合适时,三种方法下搭接接头界面处均形成一主要成分为Fe2Al5和FeAl3,平均厚度约为8μm的金属间化合物,而且控制金属间化合物的生成是获得铝/钢焊接优质接头的关键.

铝-镀锌钢板脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊工艺及接头组织分析

提出了脉冲旁路耦合电弧MIG焊(pulsed DE-MIG welding)方法并介绍了其基本原理,针对该方法的特点和控制要求,建立了基于快速原型的脉冲旁路耦合电弧MIG焊试验系统,实现了铝-钢异种金属的连接.对铝-钢接头的组织成分进行分析.结果表明,铝-钢连接处的中间界面区Al和Fe原子扩散比较充分,生成了层状的Fe2Al5Zn0.4三元金属间化合物;焊趾部位存在富锌区,主要由α-Al固溶体和少量β-Zn相组成.同时对搭接接头进行了抗拉剪强度试验,最大强度达到186.73 MPa.

双旁路耦合电弧铝合金MIG焊熔滴过渡形态研究

提出双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Dual bypass metal inert-gas,DB-MIG)电弧焊方法并建立试验系统。该方法以传统熔化极惰性气体保护焊接电弧为主弧,引入两路对称的电流可控的非熔化极旁路电弧并与主弧形成耦合电弧进行焊接。由于旁路电弧的分流作用,在保持较高焊丝熔化电流的同时可有效降低母材输入电流,并且旁路电弧力的作用对熔滴过渡也有显著的影响。设计专用的窄带滤光系统,实现无激光背光的焊接熔滴过渡行为的高速摄像,获得不同旁路电流参数条件下的铝合金DB-MIG焊熔滴过渡的高速摄影图像并进行分析。试验结果表明总电流恒定的情况下,熔滴过渡形态随旁路电弧电流参数改变而改变。对DB-MIG焊条件下作用于熔滴上的电弧力的分布进行理论分析,解释试验现象,理论分析和研究表明双旁路耦合电弧可以促进熔滴过渡并可显著降低喷射过渡的临界电流。

电弧声与铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡的相关性

对铝合金脉冲MIG焊过程中电弧声信号与熔滴过渡之间的相关性进行了研究.建立了焊接电弧声信号的计算机采集系统,在此基础上分别利用小波去噪、功率谱密度分析和ARMA(auto regressive and moving average,自相关滑动平均模型)双谱估计等信号处理方法对不同熔滴过渡方式下的电弧声信号进行了分析.三种方法的分析结果均表明熔滴过渡为短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、和射流过渡时焊接电弧声具有不同的特征,证明利用电弧声能够对铝合金脉冲MIG焊过程中出现的不同熔滴过渡进行有效地区分.为铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡稳定性实时控制和检测提供了一种有效的手段.