钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面特征参数的激光视觉测量

摘要： 针对现有的钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面测量方法难以应用于强弧光、高温辐射、液态金属表面镜面反射等问题,提出一种激光视觉测量法. 利用小功率点或线阵模式结构激光照射覆盖整个熔池表面,采用高速摄像机实时采集经熔池液态金属表面反射畸变的激光图像.设计图像处理算法提取成像激光点位置坐标,建立与投射激光点位置坐标的空间转换数学模型,离线获得熔池三维自由表面的几何特征参数值,对比实测凝固熔池表面对应参数值发现,所提取的几何特征参数值与实测值吻合较好,熔宽、长度和凸度误差分别为0.8%、0.6%和4.7%,证明激光视觉法能够实现熔池自由表面三维信息的动态测量,为采用几何特征参数调整熔池自由表面形貌变化控制焊缝成形及缺陷提供一种新方法.     

基于链码的Stellite12钴基合金金相组织定量分析

针对Stellite12钴基合金金相组织的定量分析问题,提出一种适用于金相组织中不同相的提取与统计算法.以扫描电子显微镜获得的金相组织图像为信息源,通过图像增强、最大类间方差法及canny边缘检测算法对Stellite12钴基合金金相进行处理,分离出WC相、Cr_7C_3相和Co基体,并利用链码跟踪及三角形面积统计算法对目标相标定统计并分析.结果表明:最大类间方差法可以实现WC相、Cr_7C_3相和Co基体的分离,利用链码跟踪及三角形面积统计算法能够快速完成不同相的个数统计与面积计算.     

脉冲旁路耦合电弧GMAW焊接过程的稳定性控制

脉冲旁路耦合电弧GMAW(Pulsed DE-GMAW)是一种低热输入的新型焊接方法,可以应用于铝钢异种金属的焊接.针对其在开环条件下耦合电弧抗干扰能力较弱、焊接过程不稳定、焊缝成形较差等影响焊接质量的关键问题,提出通过调节主路弧长控制耦合电弧稳定性的方案,并利用Matlab/Simulink软件和xPC-target快速原型控制平台,进行耦合电弧弧长稳定性控制实验.结果表明:通过控制主路弧长可以有效解决Pulsed DE-GMAW焊接过程中耦合电弧稳定性问题,保证Pulsed DE-GMAW焊接质量,获得成形良好的焊缝形貌.     

外加轴向磁场对短路过渡的影响

为提高短路过渡频率、减少焊接飞溅,分别通过施加直流与交变轴向磁场,研究了轴向磁场对短路过渡的影响规律,分析了高速摄像、电流电压信号以及熔滴在磁场作用下的短路过渡受力情况.结果表明:当直流磁场励磁电流为4 A时,短路过渡频率达到最大值;当交流磁场励磁电流为9 A、磁场频率为100 Hz时,短路过渡频率达到最大值,这与电流-电压波形波动频率基本一致,并且施加适当的磁场能够有效促进液桥缩颈并断开,提高短路过渡频率、减少飞溅.     

旁路耦合微束等离子铝合金薄板焊接工艺

采用ER4047铝丝在5A06铝板表面进行平板堆焊实验,对旁路耦合微束等离子薄板焊接工艺进行研究,研究了焊接电流、旁路电流、送丝速度对焊缝的影响规律,并与传统微束等离子焊接工艺进行比较.研究发现:随着旁路电流的增加,焊丝的熔化速度不断增加,且在相同焊接参数下,相比传统微束等离子焊接方法,旁路耦合微束等离子焊丝的熔化速度更快;采用旁路微束等离子焊接方法可以精确分配母材与焊丝的热输入,得到形貌良好的焊缝.且旁路电流能够有效地增加焊丝的熔化速度,减少母材的热输入,相比传统微束等离子薄板焊接工艺,能够大大提高生产效率,提高焊缝质量.     

用遗传算法的阈值选取法检测铝合金MIG焊熔池边缘

针对铝合金MIG焊熔池边缘提取问题,建立视觉传感和采集的实验系统,提出基于最大类间方差阀值的遗传算法来提取铝合金MIG焊熔池边缘.介绍系统与算法的结构,同时与基于Sobel算子、Canny算子的熔池边缘提取结果进行对比.结果表明,遗传算法阀值图像分割在熔池图像边缘提取是可行的,通过该算法提取的铝合金MIG焊接熔池边缘清晰,可以有效地克服熔池图像信号中的噪声及阴极雾化区的影响,该方法提供了一种新的焊接熔池边缘实时检测与控制的方法.     

氧含量对TIG焊瞬态熔池行为影响的数值分析

建立定点高斯热源作用下TIG熔池的三维瞬态数学模型,考虑焊接熔池内各项散热、焊件内部及表面传热、相变潜热、材料热物理性能参数随温度变化等问题,运用FLUENT软件及其UDF的二次开发功能,模拟不同氧含量对熔池温度场及速度场的影响.结果表明:表面张力温度系数发生转变时的临界温度对熔池温度场和速度场有着决定性影响,该临界温度随氧含量的增加而增加,并且随着氧含量增加逐渐向熔池中心靠近.随着临界温度线的转移,表面张力发生改变,熔池内的Marangoni对流也因此改变,进而使得熔池形貌从低氧含量时浅而宽的形状变成为高氧含量时的深且窄的形状.     

快速原型的焊接电流波形控制实现

采用xPC实时目标环境,运用Matlab/Simulink工具开发MIG焊电流波形快速原型控制系统,该系统可以灵活开发多种焊接电流波形,能够实现焊接电流、电压信号及视觉信号的同步采集、实时显示和存储功能.利用开发的电流波形快速原型控制系统分别设计脉冲、中值脉冲及双脉冲的电流波形并进行工艺试验.结果表明:开发的电流波形快速原型控制系统能够实现多种焊接电流波形的设计,具有良好的抗干扰性能和稳态精度,焊接过程稳定且焊缝成形良好,并具有实时快速调整的优点.     

基于LabWindows/CVI的铝合金脉冲MIG焊数据采集系统设计

利用虚拟仪器技术设计铝合金脉冲MIG焊过程声、光、电和视频信号的实时采集系统,并给出该采集系统的硬件构成原理和使用虚拟仪器设计软件LabWindows/CVI的程序设计原理.试验表明,该采集系统能够正确稳定地采集铝合金脉冲MIG焊过程中的各种特征信号,并能够实现数据实时显示和存储,可以满足焊接过程实时检测.     

大电流GMAW的熔滴过渡行为及控制

具有稳定熔滴过渡过程的单丝大电流GMAW(熔化极气体保护焊)焊接方法拥有其他高效GMAW焊接方法不可取代的优势.通过采集大电流GMAW的熔滴过渡高速摄像和焊接电流电压信号,对比分析了大电流MIG(熔化极惰性气体保护焊)和MAG(熔化极活性气体保护焊)焊接过程中不同的熔滴过渡行为,分析了焊接电流和保护气体成分对熔滴过渡频率的影响.结果表明:大电流MIG焊接熔滴过渡形式为单一的旋转射流过渡,且旋转频率随着焊接电流的增大先减小后增大;大电流MAG焊接熔滴过渡形式为摆动和旋转射流混合过渡,且摆动过渡频率会因为液流束与熔池接触短路而增大;外加磁场能够改变大电流GMAW液流束和电弧的旋转方向,减小旋转角度,这一发现为400 A以上稳定单丝高效GMAW焊接工艺的研发提供了新思路.