焊缝模型对圆钢管节点极限承载力影响有限元分析

以圆钢管节点试件的试验数据为基础,通过非线性有限元计算可知两腹杆的极限承载力具有焊缝有限元计算值略微大于无焊缝有限元计算值,且具有焊缝模型有限元极限变形计算值小于相应无焊缝模型有限元极限变形有限元计算值.以节点处增加一圈壳体单元,并取此壳体单元厚度为弦杆壁厚的一半的方法,建立壳体焊缝有限元模型.实体和壳体有限元参数分析结果均表明:焊缝模型的建立均使得圆钢管节点刚度增加,导致节点极限承载力提高.具有焊缝的壳体有限元模型计算结果与试验相比仍然有较大误差,而实体有限元与试验结果比较接近.

基于GMAW堆焊成型的焊缝模型及搭接量研究

为了研究GMAW堆焊的焊缝成型,采用脉冲熔化极气体保护焊工艺的一元化调节模式进行焊接试验,对三种单道焊缝模型(圆、椭圆、抛物线焊缝模型)进行理论分析和试验验证,比较各模型下的焊缝体积与总熔敷金属体积的误差,确定了最优焊缝模型。试验结果表明:圆焊缝模型的误差最小,焊接参数为电压18.1 V、电流100 A、焊接速度4 mm/s时,焊缝体积误差仅为6.663 mm^(3)。基于圆焊缝模型和此组焊接参数进行搭接焊模型的构建和搭接量的计算,并进行了多道搭接焊试验。试验结果表明:搭接量为6.928 mm时,焊缝成型良好,表面平整度较高。

奥氏体不锈钢焊缝中的声学仿真模型与全聚焦成像检测

声波在奥氏体不锈钢焊缝中传播时声束弯曲,为超声成像带来了困难。基于Ogilvy焊缝模型,建立了奥氏体不锈钢焊缝非均匀各向异性声场仿真模型,采用Dijkstra路径搜索算法对各向异性条件下的声传播路径和声传播时间进行了数值模拟和分析。在此基础上,采用Verasonics超声相控阵成像系统,进行了奥氏体不锈钢焊缝的全聚焦成像实验,采集全矩阵回波数据,并结合理论模型计算的声传播路径和相应的传播时间,进行了成像结果修正。结果表明,与均匀介质模型的全聚焦成像结果相比,基于该文模型的焊缝全聚焦成像检测结果具有更高的缺陷定位精度和分辨率,验证了该方法的可行性,为奥氏体不锈钢焊缝成像检测提供了新的思路。

基于逆向建模的复杂焊缝数学模型的建立方法

目前在复杂焊缝的自动化焊接中焊缝数学模型建立方法均比较复杂,针对焊缝特征模型设计一种等分离散建模算法。采用辅助测量设备测量工件上设置的点,已知曲线上两点间坐标系的旋转矩阵,由Euler定理将旋转矩阵转换为指数映射形式,通过等分旋转角,建立曲线上两点间及其它离散点处的坐标系。在Matlab环境下,对管道插接焊缝进行了建模分析。仿真结果表明采用等分离散算法建立的焊缝特征模型能达到预期的效果,且方法简单、效率高。

焊缝位姿及焊枪位姿的模型

针对机器人弧焊条件下的特殊要求,建立了焊缝位姿和焊枪位姿模型,以坐标系的形式定量描述焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确且严格地描述焊缝的焊接位置和焊枪姿态的参数:焊缝倾角、焊缝转角及焊枪工作角和行走角,并给出了计算方法。上述参数不但计算简便,而且可以直接代表焊接位置和焊枪姿态对焊接质量的影响因素。模型对于焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有非常重要的意义。

神经网络方法在建立脉冲激光焊焊缝形状模型中的应用

介绍了利用BP网络建立脉冲激光焊焊缝形状模型的原理。在脉冲激光焊焊接10Mn板的试验中,利用BP网络原理建立的网络模型用以预测脉冲激光焊焊缝形状,结果显示该模型具有可行性和实用性。

长输管道不等厚焊缝应力集中分析

国内外对大口径、高钢级、高压力等级长输管道不等厚焊缝结构的研究相对较少。从应力集中的角度对管道不等厚焊缝结构进行受力分析,并通过计算得出不同结构参数变化对焊缝应力集中的影响程度。分析结果表明:采用有限元法和两点线性外插法计算管道不等厚焊缝的热点应力和应力集中系数,验证了模型的可行性;通过归一化处理后,可更加直观地对比焊缝不同结构参数对焊根处轴向应力和应力集中的影响;壁厚比对焊缝应力集中的影响远大于焊缝宽度、焊缝余高和焊缝过渡角,应重点关注高壁厚比结构的风险管段;管道不等厚焊缝处的应力集中在弯曲状态下将二次恶化,需及时管控此类风险。所得结论可为管道企业对长输管道的日常管理活动提供数据参考与风险警示。

基于参数化模型的焊缝曲线离散与焊枪姿态生成方法研究

焊缝轨迹的识别与离散、焊枪姿态的自动生成方法是智能焊接专用软件开发的关键技术点。针对专用焊接软件需要按模型自主识别焊缝轨迹、轨迹曲线离散以及实时生成焊枪法向量姿态的任务需求,结合Open CASCADE开发平台,提出一种不依赖商业CAD/CAE软件的基于模型的焊缝轨迹识别与离散算法以及焊枪姿态自动生成方法。并通过焊接仿真实验、MATLAB轨迹离散精度分析以及机器人焊缝轨迹行走实验,验证了焊缝轨迹离散与焊枪姿态生成方法的精确性和有效性。

基于近似曲率插值的焊缝特征模型建模方法

焊缝特征模型的建立是自动化焊接中的关键技术。通过几何关系直接建模可获得精确的模型,但建模过程复杂,而插值法建模具有较高的建模效率,但模型精度难以控制。文中提出了一种基于近似曲率插值的焊缝特征模型建模方法,可有效提高模型精度。采用指数形式表示旋转矩阵,通过旋转角φ的插值建立焊缝坐标系,假设旋转角φ与曲率成正比关系,则可以用曲率控制旋转角φ的插值。基于Matlab平台开发了管道插接相贯线特征模型仿真软件,软件中集成了直接建模、等分插值建模和近似曲率插值建模算法。通过仿真,论证了近似曲率插值建模算法的有效性。

椭球壳液压胀形过程焊缝建模方式的研究

为了研究焊缝区域有限元建模方式对椭球壳胀形过程轴长变化规律的影响,提出3种焊缝建模方式:即完整焊缝模型,粗略焊缝模型与无焊缝模型。首先进行初始轴长比为1.8的椭球壳的液压胀形实验研究,得到轴长随内压力的变化规律。其次进行了3种建模方式的椭球壳胀形过程的数值模拟,对比数值模拟和实验过程轴长变化规律,分析建模方式对模拟精度的影响。结果表明:在变形初期,3种建模方式的模拟精度相近,尺寸偏差均小于4%;但是在变形中后期,无焊缝模型的模拟精度较差,最大尺寸偏差达15%;粗略焊缝模型和完整焊缝模型都能较好地预测轴长的变化规律,且尺寸偏差不超过5%。综上所述,粗略焊缝模型既能简化建模方式,又能较好地预测椭球壳胀形过程轴长的变化规律。

电弧增材制造焊缝建模及尺寸规律研究

电弧增材制造作为一种低成本、高效率的金属零件制造技术,受到了各国学者的广泛关注。然而加工精度低的问题限制了该技术的发展和应用。提出电弧增材制造单层单道半椭圆焊缝模型,通过正交试验建立焊道熔宽、熔高的回归模型,得到了焊缝尺寸与加工参数（焊接电压、焊接速度、送丝速度）之间的关系,从而完善了单层单道模型预测方法。此外,考虑到焊道之间的相互作用及影响,通过试验得出单层多道焊缝理论中心距与熔宽之间的关系,最终改进原有电弧增材制造单层多道模型。实例分析表明,该单层单道及单层多道模型与真实焊缝的截面吻合度极高,验证了上述两种模型的有效性与精确性,有利于提高电弧增材制造零件的加工精度与成型质量。

三维曲线焊缝两种建模方法的比较

三维曲线焊缝建模是实现空间焊缝跟踪的关键问题之一。三维焊缝模型有利于减弱噪声干扰,提高系统的稳定性和鲁棒性,使得系统具有容错能力。采用三次参数曲线函数表示空间焊缝,使用最小二乘法建立焊缝的参数函数位置模型,接着使用三次B样条函数建立焊缝位置模型。使用位置模型和其它的特征点坐标之后得到了姿态模型中的方向矢量。分析了两种建模方法的性能,仿真试验证实在同类型和幅度的噪声干扰下,B样条函数模型优于参数曲线函数模型,能够很好地逼近原始三维曲线焊缝。

管道插接焊缝位置及焊枪位姿建模

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝。针对弧焊机器人工作的特殊要求,在不失一般性的基础上,建立了焊缝位置及焊枪位姿的数学模型,以坐标系的形式定量描述了焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确描述焊枪姿态的参数:工作角、行走角和自转角,并给出了计算方法。通过对相贯线焊缝特征的分析,发现相贯线上任意点的切线始终与过该点的两个圆柱切平面的交线重合,在此基础上提出了一种简单的建立焊缝特征矩阵的计算方法。该模型对管道插接具有通用性,对焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有重要意义。

神经网络在脉冲激光焊焊缝建模中的应用

为了提高脉冲激光焊焊缝形状模型的可靠性和精度 ,引入了BP神经网络建模的方法 ,并通过脉冲激光焊焊接 10Mn镀镍板的实例建立了焊缝形状预测模型 ,经验证 ,预测值与实际值非常接近 ,精度很高 ,显示了该模型具有可行性和实用性。

双丝三弧焊焊缝成形及多道搭接工艺研究

进行了不同送丝速度、焊接速度、M弧电流下的双丝三弧焊试验,分析了不同工艺参数对双丝三弧焊成形质量的影响并确定了最优参数组合。用抛物线、余弦曲线、圆弧曲线三种曲线对双丝三弧焊单焊道截面轮廓进行拟合,结果表明抛物线效果最好。分析了单层多道焊的传统搭接模型,针对双丝三弧焊的成形特点改进了现有的搭接模型,并推导出理想的搭接间距为0.689倍熔宽。为证明改进搭接模型的优势,采用不同搭接间距进行了焊接试验。通过搭接焊缝截面形貌对比分析表明,改进的模型更加符合双丝三弧多道搭接焊。

基于激光视觉传感器的实时焊缝三维计算系统

构建了一种基于视觉传感的焊缝三维模型实时计算系统,包括图像采集程序、图像预处理程序、视觉计算焊缝三维模型程序以及实时显示程序。在未焊接情况和GTAW(钨极氩弧焊)条件下进行试验,结果表明,该系统可以实时地获得被检测焊缝的三维模型,精度能够满足焊接需要,处理速度可以达到20fps,为焊缝自主跟踪奠定了基础。

双机器人协作弧焊过程的轨迹规划研究

在双机器人协作焊接平台基础上,建立焊缝与焊枪坐标系,得出其在空间的数学描述。基于相应的焊接工艺要求和不同类型机器人的特点,对双机器人协作焊接的轨迹规划进行了研究探讨,对焊接机器人和夹持机器人分别提出了相应的规划指标。在自主搭建的仿真平台中,依照提出的规划指标,针对典型的空间复杂曲线焊缝—马鞍形曲线焊缝,完成了焊接过程中焊缝(工件)的运动轨迹规划和焊接机器人的运动轨迹规划,仿真实验证明该方法具有很好的研究和应用价值。

搭接焊缝对铝合金焊接结构轻量化设计的影响

为研究熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)搭接焊缝的引入对铝合金焊接结构轻量化设计结果的影响,根据焊缝拉伸试验建立了焊缝的壳单元等效模型,并将其嵌入到基于结构参数化模型多目标优化的轻量化设计方法中。结果表明:在考虑焊缝影响后,设计结果满足目标需求并且更接近工程实际,同时还实现了焊缝处应力的合理分布以及更理想的焊缝布局,但质量有所增加。因此,考虑了MIG焊搭接焊缝影响的铝合金焊接结构轻量化设计具有更好的工程实际应用意义。