上海交通大学材料科学与工程学院焊接与激光制造研究所

上海交通大学焊接与激光制造研究所是我国最早建立焊接专业的研究所之一，是国家首批授予博士点、硕士点、博士后流动站单位；其前身为成立于1959年的上海交通大学焊接教研室，2002年该教研室改名为上海交通大学焊接工程研究所，2009年通过学科梯队调整并成立上海交通大学焊接与激光制造研究所。

基于深度残差学习和三线激光结构光的复杂交叉焊缝类型辨识

为实现船壁大拼接焊缝的自动化除锈,提出了一种基于人工智能深度学习结合三线激光结构光的复杂交叉焊接接头类型辨识方法。基于三线激光在不同类型交叉焊缝上的激光条纹特征区别,采用ResNet深度残差学习模型对其特征进行提取和学习,使用迁移学习方式对模型进行训练,得到一个训练准确率接近100%的识别模型。实验验证表明,该模型能有效识别直线、十字、T字、左L、右L、左T和右T等7种交叉焊缝类型,可实现爬壁除锈机器人运行中交叉焊缝类型的实时预测,为爬壁除锈机器人的全自主除锈的路径跟踪、定位和导航奠定了良好基础。

基于三线激光结构光的船体大拼接焊缝交叉类型辨识

为实现船壁面的大拼接焊缝的全自主移动除锈,提出一种基于三线激光结构光的激光视觉焊缝辨识方法。针对船体大拼接焊缝的纵横交叉,根据三线激光的特征,对描述激光形态和激光条纹间距的5个变量进行定义,归纳3条激光条纹在焊缝交叉处的特征参量的变化规律,建立十字形、T字形焊缝交叉的统一辨识模型。试验验证:采用三线激光具有更好的抗干扰性、信息量丰富,在各种工况下都能准确辨识焊缝接头交叉类型。研究结果为后续的焊缝实时跟踪和轨迹规划奠定基础。

高效无尘喷砂除锈器气固两相流运动特性分析

为分析爬壁除锈机器人的无尘喷砂除锈器中空气和磨料气固两相流的运动特性,基于欧拉-拉格朗日方法的离散相颗粒模型,建立了喷砂除锈器有限元模拟模型。仿真结果表明:进气压力增大时,磨料对工件表面的冲蚀作用略微加强;随着进砂量的增大,对弯管接头的磨损和对工件表面的冲蚀作用都增强;当真空负压开启后,回收效果显著提升,0.045MPa时基本可以实现喷砂过程的无尘化,但负压大于0.045 MPa时,磨料回收效果提升不明显,但对工件的冲蚀效果减弱。实船应用表明:在最优化参数下,除锈后表面清洁度可达到SA2.5级,粗糙度达到44μm,验证了无尘喷砂除锈器气固两相流模型的正确性,为后续的除锈器结构优化设计、工艺参数优化提供了良好的支撑和指导。

船体外板大拼接焊缝高效无尘喷砂除锈器

为适应船体外板大拼接焊缝大范围高效环保喷砂除锈,开发大腔室多枪旋转高效无尘喷砂器,并对其气固两相流特性进行研究。将整个喷砂过程置于一个直径100.0 mm以上的密闭腔室,采用单/双喷砂枪通过电机高速旋转喷枪对工件表面进行喷砂,并基于真空负压对反弹的磨料和冲蚀掉的铁锈、油污、粉尘等进行回收、分离和循环再利用。采用基于欧拉-拉格朗日法的离散相颗粒模型对不同工况条件下的气固两相流场进行数值模拟,分别对弯管接头的磨损、工件表面的冲蚀效果、磨料的淤积和回收效果进行评估。仿真和实船除锈应用表明:当喷砂距离在100.0 mm以上,磨料粒径在0.6~1.2 mm,采用0.50 MPa以上的气压、-0.05 MPa以上的负压,除锈宽度在100.0 mm以上的大拼接焊缝内均可得到较好的除锈效果,且除锈质量满足涂装Sa 2.5级要求。

宝钢冷轧1550电镀锌机组导电辊失效分析

宝钢1550电镀锌机组导电辊表面筒体使用的是哈氏合金材料。在长期使用过程中哈氏合金的焊缝腐蚀和开裂,是导电辊最大的问题。因此,本文主要对采用填丝TIG焊的导电辊哈氏合金筒体的失效进行了分析,揭示了其产生应力腐蚀开裂并最终导致失效的原因,为采取相应的改进措施,提高导电辊焊缝的抗蚀性提供理论依据。

激光熔覆高硬度铁基涂层枝晶间残余奥氏体相特征

激光熔覆制备了一种高硬度铁基涂层,涂层平均硬度约为775HV,未发现裂纹缺陷。对涂层显微组织进行表征,结果显示,涂层为均匀、细小的树枝晶组织形态,初生枝晶内为马氏体相,枝晶间为残余奥氏体相,残余奥氏体基体上弥散分布着颗粒状碳化物。枝晶间有Mo、Cr、W、Nb等元素偏聚,但涂层中的C元素分布均匀。枝晶间残余奥氏体存在大量层错,并在层错密集区有马氏体相析出。

等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究

匙孔是等离子弧焊的重要特征。建立等离子弧焊电弧数值模型,对比分析含匙孔和不考虑匙孔的两种情况下,电弧温度场、流场、电磁场等物理特性的差异性,揭示匙孔对等离子弧物理特性的影响规律。采用光谱诊断方法计算电弧温度分布,从而验证模拟结果。数值模拟研究结果表明,匙孔的出现,导致电弧体积增大,弧柱区平均电流密度下降,从而导致电弧最高温度降低约2400 K,等离子体最大流速从437 m/s降低到349 m/s。匙孔直径沿匙孔深度方向减小,对电弧产生附加的机械压缩作用,使匙孔底部电弧的温度和速度上升。数值模拟与光谱诊断获取的轴线上温度大小及变化规律相接近,证明电弧数值模型的可靠性,也说明建立等离子弧数值模型时,应当考虑匙孔的影响。

热导型等离子弧焊电弧物理特性和熔池动态行为

基于等离子弧和熔池的数值模拟,研究了热导型等离子弧焊的电弧物理特性和熔池动态行为,并使用光谱诊断、熔池红外热成像和示踪粒子检测对数值模拟结果进行了实验验证。结果表明,在热导型等离子弧焊中,等离子体向下冲击熔池表面后,向熔池边缘流动。在熔池内部存在2个相反的涡流,熔池中心的逆时针涡流由电弧压力、Marangoni力和Lorentz力驱动,而熔池尾部的顺时针涡流则由电弧剪切力、Marangoni力和浮力驱动。此外,热导型等离子弧焊中的熔池温度高于小孔型等离子弧焊,这是由热导型等离子弧焊中等离子弧能量密度相对较高,熔池内部对流相对较弱导致的。