熔池三维自由表面状态与TIG焊熔透的相关性研究

基于激光视觉测量原理,采用2台同规格的CCD摄像机实时同步采集了钨极惰性气体保护电弧焊熔池自由表面和背面熔宽动态变化视频图像,利用熔池自由表面三维恢复算法获得熔池三维自由表面形貌,并对不同熔透状态的熔池三维自由表面高度变化与同步采集的背面熔宽变化间的相关性进行了定性分析实验.通过建立理想熔池自由表面,入、反射激光束光学变换及成像屏数学模型,逆向仿真研究了不同熔透状态的熔池表面对反射激光点阵形态的影响规律.结果表明,基于激光视觉法获得的熔池三维自由表面动态变化与焊缝熔透之间具有相关性,当焊缝由未熔透过渡到熔透时,熔池表面由凸形逐渐变为凹形,且塌陷量随背面熔宽的增加而缓慢增大,反射激光点阵行曲率变小,激光点逐渐聚为一点.当过熔透时,背面熔宽增加,熔池表面塌陷量迅速增加,反射激光点阵行曲率反而变大,聚集的激光点阵纵向逐渐被拉开.熔池表面逆向建模仿真结果与实际测量结果基本一致,利用反射激光点阵的形态变化可以表征熔透变化.     

耦合电弧AA-TIG焊电弧压力测量与分析

针对耦合电弧AA-TIG焊接法(arc assisted activating TIG welding),采用基于不锈钢作阳极的静态小孔法对其电弧压力进行了测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.与常规钨极氩弧焊相比,在相同条件下耦合电弧AA-TIG焊的电弧压力峰值明显降低,并随着焊接电流的减小、钨极间距的增大、弧长的增大、辅助电弧中氧含量的减小而减小.在2mm钨极间距时,电弧压力服从高斯分布,随着钨极间距的增大电弧压力向双峰分布过渡.     

基于动态模糊神经网络的铝合金脉冲MIG焊接过程解耦控制分析

针对铝合金脉冲MIG焊接过程参数间强耦合、不稳定等关键问题,在介绍DFNN结构、学习算法基础上,设计了基于D-FNN的解耦控制器,并对同步、非同步与加干扰脉冲输入信号下分别对以脉冲电流占空比、送丝速度为输入量,以焊丝伸出长度(干伸长)、焊缝正面熔宽为被控量的铝合金脉冲MIG焊多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)过程进行了动态解耦控制仿真研究,仿真结果表明,D-FNN控制器能够实时进化规则,动态调整学习因子,实现了MIMO过程的完全解耦,满足焊接实时控制要求且具有快的响应速度、较好的鲁棒性,为铝合金脉冲MIG焊MIMO过程稳定焊接提供了一种新型的实时解耦控制方法.     

铝/铜异种金属熔钎焊工艺及界面调控方式的研究现状

铝/铜复合结构件具有质量轻、综合性能优异等优势使其在电气电工、航空航天、新能源汽车等行业具有广泛的应用前景。但由于铝/铜在物理化学性能上的差异,使其在焊接过程中存在界面调控等诸多问题。为解决这些问题,国内外研究者通过工艺调控和冶金调控来抑制金属间化合物的生长,促进Al/Cu之间的冶金结合。文中从铝/铜熔钎焊方法进行了综述介绍,重点总结了焊接接头界面调控的方法,提出了该领域的研究热点及难点,并且探究了未来铝/铜焊接的发展趋势及应用前景。结果表明,从焊接效率、焊接强度来看当属熔钎焊最佳,但是其接头处的金属间化合物影响了其机械性能,通过添加微量元素的冶金调控,可以使其力学性能大幅提升。     

焊接电参数对GTAW熔透状态的影响

针对非熔化极气体保护焊(gas tungsten arc welding, GTAW)过程中因焊接参数波动、热传导条件变化难以实时检测和控制熔透的难题,考虑304不锈钢相变潜热随温度的变化,建立了焊接电参数与熔池相变潜热、背面熔宽间的动态变化数学模型,仿真研究了改变焊接电流、电弧电压对焊缝熔透状态的动态影响规律,预测了恒定电参数下点焊熔透状态发生改变的时间. 采集了同参数焊接过程中表征熔透状态变化的反射激光点阵视频图像,统计计算了实际熔透发生改变的时间. 结果表明,所建立的动态数学模型能够反映焊缝熔透状态随电参数的动态变化过程,且焊接电流对熔透状态的影响更显著;熔透变化预测时间与实测时间一致.     

氧元素分布模式与AA-TIG焊熔池形貌的数值模拟

文中结合电弧辅助活性TIG焊熔池氧元素分布的试验研究结果,提出焊接熔池表面氧元素分别与熔池表面温度和位置相关两种分布模式,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,求解结果与已有的试验结果和理论研究吻合良好. 结合求解结果,利用格拉晓夫数G_r,磁雷诺数R_m和表面张力雷诺数M_a分析了浮力、电磁力和表面张力的相对作用大小; 利用Peclet数分析了熔池热对流和热传导的相对强弱. 结果表明,电弧辅助活性TIG 焊熔池表面张力作用远大于电磁力和浮力,并决定熔池流动形式;熔池热对流主导熔池的传热过程,揭示了不锈钢活性TIG焊活性元素决定深而窄的熔池形貌的内在本质.     

Si,Mg对铝/钢熔钎焊焊接接头力学性能的影响

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法,分别采用4043,5356铝合金焊丝对5052铝合金/镀锌钢异种金属进行了搭接焊.通过扫描电镜（SEM）,能谱仪（EDS）,X射线衍射仪（XRD）对铝/钢连接界面、接头断裂行为及断口形貌进行了分析,发现5356铝合金焊丝焊接接头的润湿角要大于4043铝合金焊丝焊接接头的润湿角,合金元素Si既可改变界面反应层金属间化合物的形态同时还可显著减少Fe₂Al₅层的厚度.拉伸试验发现5356铝合金焊丝焊接所得接头主要断裂于界面反应层,属于脆性断裂;4043铝合金焊丝焊接所得接头主要断裂于熔合区,是以韧性断裂为主的混合断裂.通过对4043铝合金焊丝焊接所得接头进行显微硬度测试,发现热影响区组织的显微硬度明显低于其它区域的显微硬度,这导致4043铝合金焊丝焊接接头主要断裂于熔合区.     

三维焊接快速成形技术的研究现状及发展趋势

基于三维焊接的直接金属快速成形技术发展至今,以焊接工艺为技术依托,直接成形金属材料零件已成为三维焊接快速成形技术新的研究热点。总结了快速成形技术的国内外研究现状,阐述了该技术目前所存在的问题,以及提出了该技术目前仍然有待提高的方面以及在以后的研究过程中所需解决的问题。     

基于VOF方法激光定点焊小孔行为的数值分析

针对激光定点焊接过程,在考虑表面张力、气化压力、浮力和液固之间的作用力,以及熔池内层流、辐射和液气界面传热与传质等因素的影响下,建立了激光定点焊过程中激光热源随熔深变化的自适应模型,并对熔池的深度、温度分布、压力分布、焊缝形貌的动态演变过程进行了分析。结果表明:因材料受热气化产生的气化压力是小孔形成的重要驱动力;气化压力导致熔池底部压力较熔池上部更大,同时对焊接熔池有向下的推动力;材料气化时产生的气化压力将液态金属沿小孔向上排出,由于Boussinesq浮力和气化压力的共同作用在小孔上部边缘形成堆高;熔池下部以热传导传热为主,熔池上部以对流传热为主;当焊接时间t10 ms时容易形成钉尖缺陷。     

接头间隙及焊枪位置编差视觉检测系统研究

焊接过程检测与控制是提高焊接质量的重要手段。针对铝合金焊接区CCD视觉检测系统进行了研究,实现了对焊接接头间隙图像和焊枪水平位置偏差几何参数的提取,利用该检测系统可以实现焊接质量动态控制和焊缝跟踪的自动控制。