基于SYSWELD的双椭球热源模型参数的确定

给出了应用SYSWELD软件的校正工具对双椭球热源形状参数和热输入进行确定的方法,提出了利用该法确定上述参数应遵循的两条原则.利用该法合理调整热源参数,较好地解决了采用Guass分布或双椭圆分布热源模式计算结果中尾部后拖不足的问题.结果表明,计算所得上表面和横截面熔池形状及熔合线走向与实测数据基本吻合,为运动电弧作用下的GTAW数值模拟与智能控制提供了理论依据和基础数据.文中分析了熔合线走向计算结果与试验结果误差较大的原因,为下一步工作指出方向.

电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟

在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响。得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律。结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面。这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础。

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。

电弧作用下熔透型TIG熔池液面行为的数值模拟

在正面熔化半径RZ和板厚h一定的条件下,基于对有电弧作用的熔透型TIG焊接熔池三维液面行为的分析,获得了不同背面熔化半径RB的熔池三维形状模型,利用有限元分析软件surface evolver进行数值模拟,研究了电弧对熔透型TIG焊接熔池液面的影响。结果表明,电弧的作用与否对熔池下液面的大小和形状无显著的影响;在背面熔化尺寸较小时(RB≤2.5 mm附近),电弧对上液面特征量有较大作用;电弧的作用从整体上是使熔池上液面压低。在从脉冲基值过渡到脉冲峰值期间,电弧电压(或弧光光强)增加的部分是由电流增加和熔池上液面被压低两部分引起的。

保护气氛中添加活性气体对焊接熔池形态影响的研究现状

在惰性保护气氛中添加活性气体可以有效地控制熔池形态,并且易于调节熔池中氧元素的含量(质量分数(wO),以下同).就氦(He)和氩(Ar)保护气氛下分别添加O2和CO2对焊接熔池形态的影响进行了综述,并总结出最优的活性气体添加量.讨论不同焊接工艺下焊接熔池形态变化程度,对优化生产工艺有一定的指导意义.

超高频脉冲GTAW熔池表面温度分布

针对5 mm厚Ti-6Al-4V钛合金平板完成焊接熔池红外热成像监测,研究分析了超高频脉冲钨极氩弧焊（UHFP-GTAW）熔池表面温度分布,与常规GTAW（C-GTAW）熔池表面温度分布进行了比较。结果表明,在均为定点加热母材20 s的条件下,与C-GTAW工艺相比,UHFP-GTAW电弧（20 k Hz、40 k Hz）作用下的熔池中心表面温度测量值增加了10~30 K;分别以不同温度（678 K、823 K和968 K）为参考值测量熔池表面的高温扩散区域,UHFP-GTAW所得试样的高温扩散面积缩小范围为13%~30%。基于热量、力作用和复合散热等要素构建了熔池模型分析其温度场分布特点,计算结果与试验数据基本相符。

小电流钨极氩弧焊熔池表面高度测量投影系统

利用傅里叶变换轮廓术的基本原理测量小电流钨极氩弧焊熔池表面高度,需要获得数量足够,调制度好的熔池变形光栅条纹。钨极氩弧焊熔池面积小,液态金属表面反射性能复杂,有强烈电弧光干扰,要综合考虑光栅节距、熔池表面反射、弧光干扰与光学系统参数之间的关系,设计好投影系统。研究表明,小电流钨极氩弧焊熔池振荡造成液态金属表面各微面元法线方向动态变化,对光束有散射效应,对于投射的结构光束,可以通过随机表面散射的镜面反射光拍摄熔池图像。将节距为0.4mm的矩形光栅以30°左右的掠射角离焦投射到钨极氩弧焊熔池表面,可获得较好的熔池变形光栅条纹,经后续处理,可初步测量出熔池表面高度。

2219铝合金变极性TIG焊熔透状态识别方法

铝合金焊接熔透状态有效识别是其焊缝成形及接头质量表征的一个关键因素.设计了2219铝合金变极性TIG多元信息传感系统,实时获取焊接动态过程熔池宽度、送丝速度、焊接电流、间隙和错边等多元信息,并以此信息作为模型输入变量,构建了2219铝合金变极性TIG熔透状态预测模型,通过支持向量机建模对2219变极性TIG焊接熔透状态:未熔透、熔透和过熔透进行分类,支持向量机的核函数和惩罚因子通过网格搜索法寻优获得,模型分类准确率达93.294 1%.

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.

傅里叶变换轮廓术的小电流钨极氩弧焊熔池表面高度测量

采用傅里叶变换轮廓术来测量小电流钨极氩弧焊熔池表面高度,分析了表面高度与位相改变的对应关系,研究了电弧焊熔池液态金属的反射特性、熔池震荡及其对光束的漫反射效应,利用这种漫反射效应,通过搭建的熔池表面高度测量装置,拍摄到小电流钨极氩弧焊移动熔池的变形光栅条纹,经过计算机图像处理和位相高度转换,获得表面高度分布。研究表明,傅里叶变换轮廓术可用于小电流钨极氩弧焊熔池表面高度测量。

GTAW多相流数值模拟的相界面实时标记方法

在大电流GTAW的非稳态多相流数值模拟中,需要将电弧热与电弧压力加载在金属相与气相之间的动态变化的界面上,以便准确描述电弧与熔池之间的相互作用.因此提出了一种相界面实时标记方法,通过在三维计算域网格数据中遍历搜索相体积分数梯度的最大值,识别出临近相界面的单层网格区域并施加标记,将面热源与表面力除以网格厚度转化为体热源与体积力并加载到标记区域.结果表明,该方法鲁棒性强,对不同幅度凹凸起伏的GTAW相界面均能准确标记,标记时间仅占控制方程迭代时间的7.34%,能够满足实时性要求.利用该方法能够准确模拟电弧压力对熔池的挖掘作用以及电弧热沿工件深度方向的渗透作用,无需采用复合热源模型,即可在计算结果中呈现大电流GTAW的指状熔深特征.

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧(GTA)混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为:激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为:电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。