基于计算机图像的304不锈钢激光焊接过程中的稳定性分析

采用激光焊接技术对304不锈钢板进行焊接,利用计算机对焊接过程中产生的等离子体图像进行处理,提取面积、高度等特征参数,并根据不锈钢试件的熔宽变化分析激光焊接过程的稳定性,寻找等离子体特征参数与焊接稳定性的关系。结果表明:根据等离子体图像的面积及高度变化和超过阈值区域的比例,可以准确判断激光焊接过程的稳定性。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形（Ⅱ）

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响。研究结果表明，钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中“两点一线”热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的。焊接热输入和激光功率密度对“两点一线”热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响。随焊接热输入和激光功率密度的增大，金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强，焊缝截面由钉形向近X形转变。根据点、线热源叠加原理获得了“两点一线”热源温度场模型。     

光谱诊断辅助水下湿法焊接等离子体成分计算

对水下湿法焊接等离子体成分的计算一直很少，文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，对电弧光谱信息进行采集分析，根据诊断的结果及气泡成分的研究，确定了计算中所考虑的粒子. 在此基础上，通过对水下湿法焊接电弧等离子体的平衡方程的分析，基于质量作用定律，选择五种基本粒子，将其它粒子用这五种基本粒子表示，代入守恒方程组，在特定的压力和温度下计算了各个粒子的数密度，这种方法和传统的通过求解Saha方程等守恒方程组得到等离子体粒子数密度不同. 结果表明，不同温度区占据主要成分的粒子不同，对电弧等离子体产生的影响也不同，既可以为进一步研究水下湿法焊接电弧稳定性及焊接质量提供理论依据及基础，也可以和光谱信息结合进行温度计算及主要温度区间的粒子确定.     

侧吹气流方向对大功率CO2激光焊缝成形的影响

激光深熔焊过程中会在熔池上方产生等离子体云，若该等离子体云过密，将降低激光入射到工件表面能量密度。在工业应用中，常采用侧吹辅助气体来减弱等离子体云的影响。本文通过试验，研究了在不同气体流量下，侧吹气体方向不同对焊接过程稳定性和焊缝成形的影响。结果发现：使用大功率CO2激光焊接AH32时。侧吹气体方向对焊缝成形有着明显的影响。从熔池和等离子体两个方面，解释了侧吹气体方向的影响机制。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(II)

在前文基础上进一步研究了钛合金激光穿透焊的热源作用模式及熔池流动特点对焊缝成形的影响.研究结果表明,钛合金激光穿透焊的焊缝成形是焊接过程中"两点一线"热源作用模式和熔池流动传热特点所决定的.焊接热输入和激光功率密度对"两点一线"热源作用模式及熔池流动传热特点具有重要的影响.随焊接热输入和激光功率密度的增大,金属蒸气和等离子体的热辐射以及熔池上部和熔池下部的流动传热作用增强,焊缝截面由钉形向近X形转变.根据点、线热源叠加原理获得了"两点一线"热源温度场模型.     

变焦-临界穿透束流极值法测量电子束流动态焦点——一种焦点测量方法介绍

通过试验研究发现了电子束焊接过程中工件传导电流的传导比均值与输入束流的函数规律，函数的极大值是电子束焊接动态过程工件被穿透的临界状态转变点。利用电子束焊接过程的临界穿透束流特性，讨论了电子束受金属蒸气影响后的焦点状态与漂移空间传输的电子束焦点状态存在不同特性，提出了一种测量电子束焊接过程动态焦点的方法，变焦-临界穿透束流极值焦点测量法。     

激光扫描焊接熔池及等离子体动态行为

以5A06铝合金为试验材料,采用高速摄影技术对激光扫描焊接过程中的熔池及等离子体羽辉动态行为进行拍摄,对比分析了常规单激光焊接与激光扫描焊接条件下的熔池表面流动特征和等离子体羽辉波动特征. 结果表明,一定条件下的摆动激光光束相比于单激光光束,能够极大地增强等离子体羽辉的稳定性,延长其存在周期,同时熔池流动的方向性增强,稳定性提高,整个焊接液态熔池表面不存在“回流”现象,熔池流动产生的流体动压力对匙孔的冲击力作用降低,匙孔的稳定性提高.     

真空激光焊接技术研究进展

随着激光器功率的增加,激光传输受等离子体羽辉影响损耗严重,导致激光焊接一次性可穿透深度并非与激光输出功率成正比,焊缝成形稳定性无法可靠保证。而在真空环境下,激光焊接能够展现出不同的工艺特征,能有效抑制等离子体羽辉,增加焊缝熔深,改善熔池稳定性,获得高质量的焊缝。真空激光焊接为实现厚壁构件优质、高效焊接提供了新的工艺方法与研究思路。在综合评述国内外研究成果的基础上,介绍了真空激光焊接技术的发展历史,分析真空环境下激光焊接过程中的焊缝成形、熔池与匙孔、等离子体羽辉特征,梳理了真空激光焊接装备设计和真空激光焊接的相关应用等内容,并对目前该技术研究中存在的问题进行探讨以及对真空激光焊接技术未来发展方向进行展望。     

钛合金激光焊接过程中等离子体光信号的检测与分析

通过试验的方法探讨了钛合金激光焊接过程中的等离子体光信号与焊接质量的关系，结果分析表明，钛合金的激光焊接过程比低碳钢产生更强烈的等离子体云，等离子体光信号可以较好地反映焊接过程的稳定性和焊接质量的变化。焊接质量良好时，等离子体光信号幅值在某一固定值上下波动，当改变焊接参数使焊接熔深或熔宽改变时，信号的平均幅值亦有明显改变；当较大间隙或错边存在时，等离子体光信号的平均值明显降低，但两种信号的特征不尽相同，前者造成等离子体光信号剧烈动荡而均值很低，而后者一定范围内，随着错边量增加，信号幅值逐渐减小。上述试验结果表明，可以用等离子体光信号的幅值高低和波动大小作为焊接质量实时监测和控制的特征信号。     

活性剂对TA15钛合金对接及T形穿透焊接头的影响

穿透焊接头是钛合金薄壁结构的一种重要接头形式,文中从焊接参数、焊缝成形、焊缝气孔、焊缝金相、拉伸性能和气体含量等几个方面,阐述了活性焊剂技术对于TA15钛合金穿透焊接头的影响,同时与对接接头进行了比较.结果表明,活性焊剂技术对于穿透焊接头的焊接参数、焊缝成形、焊缝气孔和焊缝金相、气体含量等方面的影响规律与对接接头相类似,对于穿透焊接头静载强度的影响幅度与对接接头等同.     

激光深熔焊接光致等离子体的控制

激光深熔焊接过程中，光致等离子体对激光能量有显著的屏蔽作用，严重影响了焊接质量，因此，对等离子体的控制技术成为研究的热点。本文在简要介绍等离子体形成、分类的基础上，系统归纳了国内外几种控制等离子体的方法，并对这几种方法进行了比较。其中，详细介绍了真空焊接法。     

大功率盘形激光焊接过程等离子体图像特征分析

研究一种基于等离子体图像特征的大功率盘形激光深熔焊质量分析及检测的新方法．以大功率盘形激光焊接Type 304不锈钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取焊接过程中的等离子体图像,通过图像处理技术提取等离子体的面积和高度特征．以熔宽作为衡量焊接过程稳定性的因素,对比焊接过程中等离子体图像和焊接试件的熔宽变化,研究相邻等离子体...     

铝合金双光束激光焊接过程稳定性分析

从成形、气孔、熔深的波动、激光匙孔、光致等离子体、飞溅等方面研究了铝合金高功率单光束激光和双光束激光焊接过程的稳定性。结果表明,在相同工艺参数下,双光束激光焊缝表面成形明显优于单光束,熔深的波动较单光束小;在相同工艺参数及相同熔深条件下,双光束焊缝气孔率较单光束小,小孔及等离子体的波动周期较单光束长,面积波动变异系数较单光束小,飞溅较单光束更加细小均匀。     

6061铝合金激光深熔焊等离子体光谱特征与气孔的相关性

采用光纤激光器对6061铝合金进行焊接,获得了表面成形良好的焊缝. 利用光谱仪和高速摄像机获取等离子体的光谱和图像,分析了激光深熔焊时等离子体的光谱特征,讨论了光谱强度及其波动程度与焊缝气孔的位置及气孔率之间的相关性. 结果表明,6061铝合金激光深熔焊时等离子体的电离度低,光谱中只有金属原子谱线,AlI 396.152 nm谱线的强度能够反映焊接过程中等离子体的光谱特征;等离子体光谱强度及其波动程度与焊缝中氢气孔的形成位置和气孔率均不存在必然联系;等离子体光谱强度与小孔型气孔的位置不存在相关性,但其波动程度能够反映小孔型气孔的气孔率.     

激光焊接中的等离子体与小孔行为分析

试验采用光、声信号检测设备,对1.8 mm镀锌钢板的CO₂激光焊接过程中的蓝紫光信号、红外辐射信号、可听声信号进行了高速采集,对比激光深熔焊与热传导焊过程中三路信号的联系与区别,分析研究了激光深熔焊过程的小孔与等离子体产生过程的瞬态行为.结果表明,等离子体与小孔并不总是同时产生,等离子体要先于小孔产生,热传导焊过程中也可能存在等离子体,在试验条件下,等离子体在激光作用于工件后3~4 ms产生,稳定的小孔在焊接后约14 ms后形成,并且激光焊接中产生等离子体的激光功率密度阈值要小于产生小孔的阈值.     

Numerical simulation of full penetration laser welding of thick steel plate with high power high brightness laser

Full penetration laser welding was carried out on a 10 mm steel plate using a 16 kW maximum power continuous wave thin disk laser. Upper surface and lower surface of molten pool were observed synchronously with two high speed CCD cameras during the welding process. The lower surface was much longer and more unstable than the upper one. A three dimensional laser deep penetration welding model in which volume of fluid (VOF) method was combined with a ray-tracing algorithm was used to simulate the dynamic coupling between keyhole and molten pool in laser full penetration welding. The calculated weld cross-section morphology and molten pool length on both upper side and lower side agree well with experimental results. Evolution of molten pool in lower side during full penetration laser welding was analyzed, periodical features of energy coupling, molten pool behavior and keyhole dynamics in laser full penetration welding were identified and discussed.     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响,进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响,并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明,电弧预熔丝激光焊过程中,熔池表面匙孔开口尺寸变化不大,匙孔较为稳定;激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近,焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比,电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入,与匙孔边缘的距离较远,匙孔稳定性较好,焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时,电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好;而激光填丝焊焊缝背面成形不连续,并且出现了未焊透的缺陷.     

超高功率激光-电弧复合焊接特性分析

为了对超高功率激光-电弧复合焊接过程特性有深入的理解. 借助高速摄像,以焊接过程中羽辉和飞溅为主要研究对象,对比分析了激光功率从5 kW增加到30 kW时,激光热源与不同电弧热源复合,以及是否填丝对焊接特性的影响规律. 结果表明,激光功率增加,羽辉和飞溅面积的均值都呈增加趋势,两者的波动程度也呈上升趋势;冷丝的添加在降低焊缝熔深的同时使激光-MAG复合焊接过程中的稳定性变差;激光-TIG复合填丝焊接过程的稳定性明显优于另外两种焊接形式;高功率激光复合焊接时,高温羽辉对激光的散射和吸收作用会使熔深增加趋势放缓.     

Pulsed LASER-(micro)TIG hybrid welding: Process characteristics

A variant from the laser-arc hybrid welding process family which combines a pulsed laser process (Nd:YAG) and a pulsed (micro)TIG welding process is described.For studying the present variant process’ characteristics experimental work was carried out using video data acquisition and thermal imaging. In this paper, the characteristics of the present hybrid welding process variant and the influence of TIG welding parameters onto the process stability and the welding process result are presented. The experimental work revealed that the transient hybrid coupling phenomena, which is specific to the present hybrid process variant, has an important influence onto the process stability and the processing result. At the same time a strong interaction between the controlled process parameters was observed and that rather small changes to the process parameters values have a strong effect onto the process stability. The recommended TIG frequency domain for using as well as the variant which provides the best option to attenuate the penetration variation, specific to pulsed laser welding, was determined. The TIG frequency values which seem to lead to a stable welding process are of the same order as the ones used for laser pulse repetition rates. The variant that leads to an attenuation of the penetration is pulsed TIG-laser (with TIG as the leading process).