基于视觉传感的薄板对接焊缝检测方法研究

为了实现薄板自动对接焊过程中焊缝中心的准确检测,提出了基于主动视觉传感的薄板对接焊缝检测方法。通过对工业相机采集的图像进行颜色分割与亮度分割,消除环境光的干扰;利用轮廓检测与掩模操作消除图像噪声,应用灰度重心法提取激光条纹的中心线,并通过一阶差分方法实现焊缝左右边界及中心的检测。针对激光条纹存在的分断缺陷进行续断连接,以提高焊缝中心检测的准确性。实验结果表明,采用所提方法能够准确检测焊缝边界及中心位置,能够满足薄板对接焊缝的自动焊接需求。

Laser Beam Welding of 600 MPa Quenched and Tempered High-Strength Steel

Conventional fusion arc welding of high-strength quenched and tempered steel can be improved through the use of non-conventional laser beam welding. This article presents the investigations of autogenous bead on plate and butt CO2 Laser Welding (LW) of 7 mm thick high-strength quenched and tempered low alloy SM570 (JIS) steel plates. The influence of laser welding parameters, mainly welding speed, defocusing distance and shielding gas flow rate on the weld profile, i.e., weld zone penetration depth and width, microstructure and mechanical properties of welded joints was determined. All welded joints showed smooth and uniform weld beads free from superficial porosity and undercuts. The selected best welding conditions were a laser power of 5.0 kW, welding speed of 500 mm/min, argon gas shielding flow rate of 30 L/min and a defocusing distance of -0.5 mm. It was observed that these conditions gave complete penetration and minimized the width of the weld bead. The microstructure of the welded joints was evaluated by light optical microscopy. The weld metal (WM) and heat-affected zone (HAZ) near weld metal achieved maximum hardness (355 HV). The tensile fractured samples showed the ductile mode of failure and ultimate tensile strength of 580 MPa.

薄板小间隙对接焊焊缝特征点的识别

针对薄板小间隙对接焊焊缝特征点检测问题,应用了一种基于Labview的Shi-Tomasi角点检测算法,根据线激光照射到焊缝表面形成间断的激光条纹,采用图像预处理以及图像形态学变换的方法得到便于进行焊缝角点检测的焊缝图像,然后运用Shi-Tomasi角点检测法对焊缝图像进行角点检测,从而确定出焊缝特征点的位置。通过Labview进行了焊缝特征点识别程序的编写,并在厚度为2mm,焊缝间隙分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm的铝合金薄板上进行了特征点识别检测,误差范围不超过0.15mm。结果表明,Shi-Tomasi角点检测算法相较于传统角点检测算法可以更加快速准确的提取到焊缝特征点的位置。

基于热弹塑性有限元法的船体板极限强度研究

利用Abaqus软件,分析了热弹塑性有限元法在对接焊船体矩形板极限强度评估中的应用。首先,基于热弹塑性有限元法,直接获取船体板焊接残余应力与变形。进而采用非线性有限元法,评估了2块不同板厚(9.5 mm、11 mm)对接焊船体矩形板在轴向压缩载荷下的极限强度。研究表明,壳单元与实体单元计算所得温度场、残余应力场、变形结果相近,但前者计算效率显著提高。不同矩形板厚度对矩形板纵向残余应力的分布影响较小,但对其垂向挠度峰值影响较大。不同厚度矩形板通过数值模拟得到的极限强度值与Faulkner简化公式计算值误差分别为4.2%和5.1%,因此数值模拟值与公式计算值较吻合。

奥氏体不锈钢板焊缝底片影像分析

针对奥氏体不锈钢板对接焊缝射线检测中,底片影像上白色条纹性质的判断问题,通过提高管电压、改变透照角度、解剖截面液体渗透试验进行分析,证明该影像是焊缝中间区域柱状晶产生的衍射斑纹,判定不是缺陷。

钢结构厚板对接焊缝的低温断裂韧性试验

随着钢板厚度的增加,焊接难度加大,且存在焊接裂纹缺陷的可能性也增大.为防止钢结构厚板焊接接头的脆性断裂,采用三点弯曲试样,以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标,对厚度为150mm的Q345B钢板对接焊缝低温下的断裂韧性进行试验研究.分析了焊缝金属和热影响区断裂韧性CTOD值δm随温度的变化关系,并用Boltzmann函数对断裂韧性-温度曲线进行拟合,结合试样断口的扫描电镜图分析了断裂的微观机理.试验结果表明:焊缝金属和热影响区的CTOD值δm随温度的降低而降低,从20℃～-60℃,降幅分别达78%和91%;热影响区CTOD值δm比焊缝金属和母材均要小.试验积累了厚板对接焊缝的断裂韧性数据,为低温地区钢结构厚板对接焊缝脆性断裂的预防提供了技术基础.

厚钢板对接焊接三维有限元数值模拟与分析

采用有限元数值模拟方法,建立考虑热-固耦合效应的钢板对接焊接的三维有限元模型,运用生死单元技术模拟焊接全过程,从焊接残余变形和残余应力的角度,验证了分析模型的有效性,并分析了板件边界约束、焊接层数与道数、板件厚度、焊接顺序以及施工工艺对计算结果的影响。探讨了简化计算的可能性与正确性,并考虑了保温和设置支撑等施工工艺对焊接施工的影响。研究成果可为设计与施工提供一定的参考。

大跨度铁路钢箱梁斜拉桥对接式无肋锚拉板疲劳试验研究

锚拉板索梁锚固结构具有构造简单、传力明确、维护方便等优点,但在铁路斜拉桥中应用极少。针对新型铁路斜拉桥对接式无肋锚拉板,开展其受力仿真分析,以应力等效准则设计出足尺疲劳试验模型,并实施300万次疲劳试验。研究表明:疲劳索力幅下疲劳应力基本在50 MPa以内,量值不高;锚筒焊缝、锚板开孔处、锚板对接焊缝两端为主要疲劳敏感区域。疲劳实测应力值与理论值相符良好。在设计寿命等效的200万次疲劳后测点应力基本无变化;试验后未见表面疲劳裂纹,疲劳敏感区解剖试验显示对接焊缝两端内部存在微小焊接缺陷及疲劳裂缝,未见其他内部裂缝。焊接残余应力及微小缺陷是疲劳开裂的主要影响因素,结构总体疲劳性能良好。

冷轧薄钢板专用闪光焊机控制方法

针对冷政薄钢板生产的特点,设计了冷轧薄钢板专用闪光焊机的总体结构。分析了冷轧薄钢板专用闪光焊机控制系统,包括冷轧薄钢板闪光焊机动夹具送进速度的控制,动夹具位置的控制以及顶锻控制。动夹具送进速度控制曲线由动夹具送进速度分量函数、灵敏度分量函数和焊接电流分量函数构成。动夹具位置的控制是根据不同的闪光模式,计算出动夹具的位移函数,借助动夹具的位移函数来控制动夹具的运动位置。通过控制焊接时动夹具位置来实现顶锻过程。

镍板拼接等离子弧焊控制系统的研制

研制了以欧姆龙CP1H PLC为控制核心的等离子弧焊设备。该设备用于6 mm厚镍板焊接工艺实验,其组成有焊接电源、气路、水路、控制柜、机械装置、焊枪、小车等。实验表明,研制的等离子弧焊控制系统能够实现对镍板单面焊双面成形的自动控制。

平板对接焊残余应力的三维有限元模拟与实验研究

针对平板对接焊焊接时的热应力特征,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用合理的热源模式,应用有限元软件ANSYS对其温度场和应力场进行了耦合模拟分析。分析中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性,得到了焊后残余应力的大小与分布规律。设计了等厚和不等厚两组焊接试件,采用盲孔法对其残余应力进行了实测,实测结果与数值模拟结果吻合良好,证明了有限元数值模拟方法的正确。

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。

不同坡口形式平板对接焊接变形的数值分析

运用有限元分析,采用双椭球体热源模型,通过几何建模、初始与边界条件的定义等,对平板对接焊结构三维有限元模拟,求解得到焊接应力场.结果表明:焊接过程中等效应力都表现出随着温度升高而升高,温度降低而降低的变化趋势,且冷却时应力变化速率较加热时缓慢.Y型与X型坡口最大等效应力发生的区域相同,X型坡口产生的等效应力小于Y型坡口的值.

锅炉钢结构大板梁构造焊接接头的力学和断裂韧性试验

锅炉钢结构大板梁对接焊接接头在施工及运营中,会产生裂纹缺陷。为了评估在役大板梁对接焊接接头的钢材性能,并为基于断裂力学的大板梁焊接缺陷安全性评定提供基础数据。通过真实模拟构造华东某电厂锅炉大板梁120 mm厚Q345B下翼缘厚板对接焊接接头,结合单轴拉伸、低温冲击和三点弯曲断裂韧性试验,研究了该构造焊接接头母材、热影响区及焊缝处的基本力学性能、冲击韧性和断裂韧性。研究结果表明:母材和热影响区钢材力学性能稳定,而焊缝处力学性能指标离散性偏大;随温度降低,母材、热影响区及焊缝处钢材冲击功值减少;焊缝处的韧-脆转变温度较高、CTOD特征值较小,韧性性能较差。厚板对接焊接接头的焊缝区成为防断设计和评估的重点控制区域。

厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟

基于ABAQUS及其子程序DFLUX,采用热力间接耦合法,对不同厚度尺寸的Q345B厚钢板的对接焊缝进行了三维模拟分析,得到了焊接的温度场分布和最终焊接残余应力分布.结果表明：构件表面焊接残余应力大于中间面;表面纵向和横向残余应力都有一定的规律;对接焊缝沿纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,这种增加的趋势对厚度小于70 mm的钢板很明显,对70～80 mm的钢板不明显;而横向残余应力随钢板厚度的增加变化不显著.

不锈钢车体板材搭接与对接激光焊接接头的拉伸断裂行为研究

用1．5mm厚、牌号为301L-DLT、31L-HT的不锈钢冷轧板分别制备搭接部分熔透、无填料对接的激光焊接试件以研究焊缝结构对断裂行为和机械性能的影响。试件激光焊缝的金属柱状晶直径为10～20／Lm，金相组织为了奥氏体和少量6铁素体；焊缝平均硬度为HV215。实验结果显示：试件的热影响区很窄，晶粒尺寸为20～30μm；301LHT板材的搭接接头断裂模式为外板拉伸断裂，对接接头为焊缝断裂，2种接头的断裂变形都较小；301L—DLT板材的搭接接头表现为焊缝拉剪断裂，对接接头为板断裂，2种接头的断裂变形都很大；301LDLT板材焊件的断裂强度略高于301L—HT板材的同类焊件，同一板材的对接接头断裂强度高于搭接接头；301L板材的激光焊缝柱状晶金属的抗弯性能优异，抗拉强度超过800MPa。

钢结构厚板对接焊缝低温冲击韧性试验研究

目前,国内建筑物在不断地超高层化以及超大型化,使得钢结构厚板的应用越来越广泛。厚度增大导致焊缝焊接热影响增大,同时焊缝的缺陷敏感性也相对更加显著,这些因素使得钢厚板焊缝韧性性能变差,特别是在低温环境中更加明显。因此,有必要研究钢厚板对接焊缝的低温冲击韧性。对150 mm厚钢板对接焊缝进行了低温下的冲击韧性试验研究,结果显示焊缝区和热影响区的冲击韧性均随温度降低而降低,而且热影响区的冲击韧性沿板厚度方向随表面到中心的位置变化而降低,这和母材的规律一致,但数值相对母材有所降低。同时,利用Boltzm ann函数对试验结果进行拟合分析,得到其韧脆转变温度及变化规律。试验结果表明:钢结构特厚板对接焊缝有较明显的低温脆性特征,要引起足够重视。

基于有限元的中厚板多道焊焊接温度场数值仿真

利用ANSYS有限元软件建立了12 mm中厚板多层多道焊的有限元模型,采用生死单元技术对7道焊缝的单元进行了顺次激活加载热源,研究两道焊缝之间的冷却时间对焊接温度场的影响。结果发现,每道焊缝冷却300 s后能够对后续焊缝形成预热条件,并得到了中厚板多层多道焊的三维焊接温度场的动态模拟分析方法。

大型钢结构厚板对接焊接变形试验研究

针对国内外现有预测钢板对接焊接变形的经验公式不适用于大型钢结构厚板的现状,结合南京长江第三大桥钢塔的制造,开展厚板足尺模型对接焊接变形试验研究。结果表明:为了减小焊接变形,必须对厚板对接坡口尺寸进行优化,并采用合理的焊接顺序,对于非对称X形坡口,宜先焊大坡口侧,后焊小坡口侧,对于不同板厚应合理预设反变形;结构自重对焊接变形影响较大;厚板对接焊接的横向变形随板厚的增加而线性增大;纵向变形与焊缝面积成正比,且随着板厚增加而减小;角变形随板厚的增加呈指数趋势减小。依据试验结果,给出厚板对接焊接横向、纵向变形和角变形的预测经验公式。

16MnR低合金钢与BFe30-1-1异种材料的焊接

介绍了某海洋工程中热交换器上所用的水盖封头的制造焊接工艺,分析了16MnR低合金钢与BFe30-1-1铁白铜异种材料焊接的工艺特点,针对16MnR与BFe30-1-1的焊接接头和16MnR与BFe30-1-1复合钢板的焊接接头进行焊接工艺评定试验,并将焊接工艺参数应用于实际产品的组焊中,产品的制造达到设计工程要求。