激光焊接声信号与熔深的相关性

激光焊接过程伴随着强烈的声信号,这些声信号中包含焊接过程的重要信息,反映了焊缝质量.以平板激光堆焊为研究对象,详细地分析了焊接过程声信号的特征.研究发现,声信号的强度和功率频谱分布与焊缝熔深具有良好的对应关系.声信号功率频谱主要集中在2～10kHz之间,并且具有明显的谱线族.随焊缝熔深的减小,声信号强度减弱,并且声信号频谱族由相对集中单一向分散多族化变化.以激光焊接过程产生的声信号特征作为传感信息,采用人工神经网络技术建立了声信号与焊缝熔深之间的关系模型.结果表明,该模型能够根据声信号特征定量地检测焊缝的熔深,为激光非熔透焊接熔深的实时检测提供一种有效的手段.     

激光焊接体能量及其对激光深熔焊缝熔深的影响

定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接工艺参数对激光深熔焊接过程的影响,并分析了焊接体能量对激光深熔焊缝熔深的影响.焊接体能量与激光功率成正比、与焊接速度成反比、与离焦量成四阶指数关系,与焦点尺寸成平方关系.结果表明,在激光深熔焊接过程中,焊接体能量决定焊缝熔深;随着焊接体能量的增大,焊缝熔深近似呈线性增大.     

CO2激光焊接的同轴检测与熔透控制(Ⅱ)熔透状态同轴光信号的频域分析

利用CO2激光深熔焊等离子体光信号的同轴检测系统,提出了频谱重心的概念井以此来分析等离子体光信号的频谱特性,研究了平扳焊接时对应适度熔透状态时同轴光信号的顿域特征。结果表明,随激光功率增加或焊接速度减小,当焊接熔透状态从“适度熔透(小孔透)”变化到“仅熔池透”时对应2～6kHz段频谱重心位置向上(高额)跳变。     

铝合金万瓦级激光-MIG 电弧复合焊缝成形

针对5A06铝合金进行了万瓦级激光-MIG电弧复合焊接工艺试验,分析了激光功率、离焦量、焊接速度、光丝间距对焊缝成形的影响。结果表明,万瓦级激光-电弧复合焊的焊接窗口窄、焊接过程不稳定,焊缝易出现驼峰、凹陷、咬边等缺陷。激光功率、离焦量和焊接速度对焊缝熔深影响较大,激光功率由10 kW增加至30 kW,焊缝熔深增加18 mm,达到29 mm。光丝间距对焊缝熔深熔宽影响较小。通过调节工艺参数,可明显改善铝合金万瓦级激光-MIG电弧复合焊的焊缝成形,适当的工艺参数下,可在达到最大熔深的同时获得具有稳定表面成形的焊缝。     

薄板钛合金激光焊熔透稳定性临界条件的计算

钛合金薄板熔透激光焊研究发现,在一定焊接参数条件下,由于金属蒸气和光致等离子体的作用,即使焊接过程的工艺参数稳定不变,也存在全熔透不稳定过程,其特征是焊缝表面成形均匀不变,而焊缝背面出现熔透与未熔透之间交替跳跃的成形特征,这种不稳定焊接过程属于激光深熔焊过程的本征特性,主要取决于焊接过程穿孔形成的稳定性。基于小孔形成机理和孔壁能量平衡的分析,提出了小孔穿孔速度与焊接速度相匹配的熔透稳定性物理模型,将穿孔速度与激光功率密度、焊接速度、材料物理性能、板厚联系起来,并建立了熔透焊所需最小激光功率密度计算关系式,理论计算结果与试验结果基本一致。所建立的关系式可用于判断焊接工艺参数深熔焊熔透稳定性。     

国产厚板大功率激光填丝焊Y形焊缝的焊接工艺性

大功率激光的高功率密度特征使其成为船用大厚度材料高效焊接最有前景的方法之一.试验完成了10mm和12mm国产船用材料高功率CO2激光填丝焊的工艺设计,分析了焊接过程的光致等离子体行为.结果表明,当功率在13kW以上时随着焊缝熔深的增加斜率明显变缓;对于焊透的焊缝,仅仅用熔宽和熔深不能充分表征焊接参数对焊缝截面的影响;试验建立了激光填丝焊Y形焊缝形态模型,将Y形焊缝抽象成上半部分为梯形,下半部分为长方形的组合图形;在激光功率和焊接速度保持不变的条件下,研究了送丝速度和焊缝间隙变化时焊缝截面形态的变化规律.     

CO_2激光焊接的同轴检测与熔透控制I.熔透状态特性及其同轴检测

对激光深熔焊的熔透状态进行了分类 ,指出了“仅熔池透”和“适度熔透”的形成条件和焊缝成形特征。建立了一套CO2 激光深熔焊熔透状态的同轴检测系统 ,研究了焊接工艺参数和熔透状态发生变化时等离子体同轴光信号的变化规律。发现在板厚不变的条件下 ,随热输入的变化 ,焊接过程由“仅熔池透”达到“适度熔透”时 ,同轴等离子体光信号强度的增量绝对值最大。     

CO2激光焊接的同轴检测与熔透控制I.熔透状态特性及其同轴检测

对激光深熔焊的熔透状态进行了分类,指出了“仅熔池透”和“适度熔透”的形成条件和焊缝成形特征。建立了一套CO2激光深熔焊熔透状态的同轴检测系统,研究了焊接工艺参数和熔透状态发生变化时等离子体同轴光信号的变化规律。发现在板厚不变的条件下,随热输入的变化,焊接过程由“仅熔池透”达到“适度熔透”时,同轴等离子体光信号强度的增量绝对值最大。     

5A06铝合金激光-TIG电弧复合填丝焊的特性

进行5A06铝合金激光-TIG电弧复合填丝焊接试验,分析了堆焊条件下激光功率、离焦量、光钨间距、焊接速度、焊接电流、送丝速度等工艺参数对焊缝成型的影响规律。试验表明,激光-TIG复合填丝焊工艺适应性好,能在较宽的工艺范围内实现铝合金的良好连接;激光功率、离焦量、焊接速度及送丝速度对熔深的影响较大,而焊接电流在80~180 A,光钨间距在4~8 mm范围内时对焊缝熔深影响不明显;实现了6 mm厚对接接头激光-TIG电弧复合填丝工艺的焊接,获得了成型连续稳定、无气孔和裂纹等缺陷的优质焊缝。     

大功率激光+ P-MAG复合热源焊接工艺

激光- MAG复合热源焊接工艺参数较多,主要包括激光功率、光丝间距、离焦量、焊接速度、激光倾角等.工艺试验结果表明,复合焊熔深随激光功率的增加而增加,其余焊接工艺参数不变,当激光功率由2 kW增加为5.5 kW时,复合焊熔深增加近一倍;光丝间距D=1 mm时熔深最大,最佳光丝间距为2～4mm,随着D的增大,复合焊效果减...     

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。     

Study on the effect of welding current during laser beam-resistance seam welding of aluminum alloy 5052

The effect of welding current on the weld shape and tensile shear load during laser beam-resistance seam welding (LB-RSW) of aluminum alloy 5052 is studied. Experimental results show that the penetration depth, weld width,tensile shear load and the ratio of penetration depth to weld width of LB-RSW are bigger than those of laser beam welding(LBW) under the same conditions and the former three parameters increase as welding current rises. The weld shape of LB-RSW below 5 kA welding current is nearly the same as that of LBW. The weld morphology is protuberant under the condition of 5 kA welding current and 0.8 m/min welding speed. Furthermore, the microstructure of the weld seam of LB-RSW is coarser than that of LBW.     

基于小波频带能的脉冲VPPA焊接熔透特征信息提取

焊缝熔透状态的监控对焊接过程质量控制和自动化生产的实现具有重要的意义。建立脉冲VPPA焊接系统,对脉冲VPPA焊接不同熔透状态的电弧电压进行小波分解,将其分解到不同频带,进行频带能量的计算,提取了与频带能量对应的熔透状态特征信息。研究结果表明：脉冲VPPA焊接电弧电压高频频带能量能够很好地反映焊缝熔透状态,当焊缝熔透状态发生变化时频带能量值产生突变,可作为脉冲VPPA焊接过程在线检测量,为脉冲VPPA焊接熔透实时控制提供一种新方法。     

激光焊缝成形控制及其影响因素

研究了连续YAG激光热导焊过程中易于调节的各参数：激光功率、焊接速度、离焦量等对焊缝的熔宽、熔深及深宽比的影响。通过实时的图像采集，观察到熔池表面存在的团状金属蒸气，其对激光能量的输人造成较大影响，通过侧吹气体可以将其去除，提高激光有效功率。通过有重复的二因子试验，得出激光能量和焊接速度之间存在着一定的交互作用。     

管道MIG焊双通道电弧声信号采集与特征分析

对管道MIG焊双通道信号采集和特征分析做了初步研究．因管道其内部是一个相对狭小密闭的空间,回声的干扰相对较大,经过对采集的双通道电弧声信号进行ICA信号分离,对分离后的信号做小波降噪处理,信噪比得到明显提高．对降噪后的信号从时域、频域和时频域角度,综合分析管内和管外电弧声信号与焊缝熔透状态之间的内在相关性,发现电弧声信号能量及其频谱特性与熔透状态高度相关,焊接过程中信号能量幅值随熔透增大而增大,为后续利用电弧声信号来控制焊接质量提供了基础．     

Spectroscopic monitoring of penetration depth in CO2 Nd:YAG and fiber laser welding processes

A method for on-line monitoring of the joint penetration depth is reported, based on the spectroscopic analysis of the optical emission collected from laser-metal interaction zone. This technique has been applied to quite diverse welding procedures (c.w. CO₂ laser, cw fiber laser and pulsed Nd:YAG laser) of stainless steel plates. Although the acquired spectra reveal different characteristics according to the employed laser source, a discrete contribution of several iron lines can be highlighted in both types of investigated welding processes. Starting from the measurement of the intensities of those lines it is possible to calculate the plasma electron temperature, which was found to decrease as far as the laser power is enhanced together with the penetration depth, in static as well as dynamic conditions. Such a behavior does not correspond to a real decrease of the plasma plume temperature but has to be ascribed to the position of the optical collimator collecting light only from the top of the keyhole. Indeed, for deeper penetrations the hottest core of the plume moves down into the vaporized capillary so that the plasma temperature measured on top of the keyhole appears lower at higher incident powers. The electron temperature signal could be useful for the development of a feedback loop system of the laser power to control the weld penetration depth.     

激光焊接质量实时检测技术的研究现状

从检测信号和内容两个方面介绍了国内外激光焊接质量实时检测技术的研究现状。用于检测的信号主要有可听声波、超声波、紫外辐射、可见光、红外辐射、等离子体电信号以及机器视觉等，分析了每种信号的优缺点；目前实时检测的内容主要有焊接过程的稳定性、装配质量、离焦量、焊缝熔深和表面形貌、熔池与小孔的形态等。