激光穿透焊的三维数值模拟

本文对激光穿透焊进行了三维数值模拟，除考虑焊接速度影响外，还研究了Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流对熔池流动与传热的影响。将三维数值模拟结果与相应的二维模拟结果进行了比较，结果表明，Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流对熔池的形成有很大的影响，因此不可忽略。本文还给出了估计激光穿透焊中蒸气孔尺寸与焊接热效率的方法。     

大功率光纤激光焊焊缝跟踪偏差红外检测方法

精确控制激光束使其始终对准并跟踪焊缝是保证激光焊接质量的前提.针对大功率(激光功率10 kW)光纤激光焊接304型不锈钢紧密对接焊缝(间隙为0-0.1 mm),研究一种基于红外热像的焊缝跟踪偏差检测新方法. 采用红外传感高速摄像机摄取焊接区域熔池红外动态热像,分析激光束对准和偏离焊缝中心时的熔池温度分布和红外辐射特性,以熔池匙孔形变参数和热堆积效应参数作为激光束与焊缝中心偏差检测特征值,通过图像识别技术研究和分析特征值与焊缝偏差之间的关系. 激光焊接试验结果表明,熔池匙孔形变参数和热堆积效应参数与焊缝偏差 关键词： 大功率光纤激光焊 焊缝跟踪偏差 红外热像 检测     

镍基合金激光熔覆数值模拟及凝固参数预测

本文采用有限体积法对激光熔覆过程的温度场分布和熔体流动进行了数值模拟。基于CALPHAD相图法计算了基体和粉末的热物理性质,采用三维热源精确预测了凝固过程和温度分布,研究了Marangoni对流对熔池尺寸的影响。在熔池凝固过程中模拟所得出的温度梯度和凝固速度,预测了熔覆层凝固组织的演变趋势,相应的显微组织与实验结果吻合较好。     

等离子弧焊接穿孔、传热与流动的耦合过程

本文建立了考虑穿孔效应的等离子弧焊接传热与流动的三维数学模型。在该模型中,开发出一种新颖的随小孔连动的热源模型,即能量密度仿照实际的焊接热物理过程随小孔增长而动态变化,有效地表征了热量沿厚度方向传输过程。同时应用体积流函数(VOF)方法追踪小孔界面,将小孔深度作为热源参数调控热源分布,实现了穿孔过程与熔池内传热及流动的动态耦合。针对实验工况,数值求解了穿孔焊接过程中动态热量传输和相应的焊接温度场,并考察了小孔界面及其周围熔融金属流动的演变过程;焊接熔池形状尺寸和焊件穿孔时间的计算值与实验数据吻合较好,验证了本文模型的正确性。     

MIG焊接熔池表面形状与熔滴热焓量分布的数学模型

综合考虑熔滴与熔池相互作用的物理过程,建立了描述熔池表面变形的数学模型和熔滴热焓量在熔池内部的分布模型.应用数值模拟技术分析了焊接工艺参数对熔池表面形状、熔滴热焓量分布区域、焊缝成形的相互影响规律,并进行了焊接工艺试验.     

由单幅图像恢复物体三维形状的应用研究

由阴影恢复物体表面形状的方法是计算机三维视觉领域中的一个重要分支。首先给出了利用多幅图像由阴影恢复物体表面三维形状算法的计算结果 ,并进行了详细分析 ,进而提出了针对单幅图像的改进算法 ,包括引入表面光滑约束、边界条件和误差的灰度加权调整等。利用合成图像验证了这种算法的准确性。最后结合实际焊接过程熔池成像特点 ,应用这种算法利用单幅焊接熔池图像成功地获取了焊接熔池表面三维形状     

等离子弧焊接熔池演变过程的模拟和验证

本文建立了描述等离子弧焊接熔池相变传热与流动的三维数理模型,考虑表面张力、电磁力和浮升力的作用,并针对等离子弧焊接特点,改进组合式体积热源模型,上部采用双椭球热源,下部采用圆锥体热源。重点分析了焊接熔池形状和温度场的演变过程,熔合线的模拟形状与实验焊缝吻合,较好地呈现了焊缝的凸起和熔池宽度,验证了数学模型和热源模型的正确性。本文还进一步开展了焊接功率和焊接速度的影响分析。研究结果表明,流动对焊缝形状的影响不容忽略,而表面张力在三个流动驱动力中占主导地位;焊接功率越大,焊接速度越小,越有利于焊件焊透,数值模拟得到优化的焊接功率和速度有益于实际焊接生产质量及效率。     

激光加热过程中稳态等温相变的数值模拟

本文对激光加热过程中稳态等温相变进行了数值模拟，结果表明，激光加热所产生的熔池内的液体在表面张力与浮力的联合作用下，形成顺时针的涡旋运动；在激光加热功率密度比较小时，可以忽略对流对传热的影响；随着功率密度的加大，对流的作用增强，其影响不可忽视。     

SOI纳米光波导激光熔凝光整加工温度场的数值模拟及分析北大核心CSCD

激光表面熔凝技术可有效降低纳米光波导侧壁粗糙度进而减小光传输的散射损耗。为明确波导侧壁在KrF准分子激光表面熔凝过程的温度场演化规律,考虑材料参数随温度变化和相变潜热的影响,建立了纳米光波导侧壁激光熔凝的二维有限元数值模型,研究了熔池边界的推进行为与不同工艺参数的映射关系。结果表明:熔池形成于波导上表面与迎光侧壁夹角处;激光入射角度一定时,熔池熔深与平均能量密度正相关;熔池形貌受控于激光入射角度,随着入射角度的减小,熔池形貌由单边U形过渡为单边V形最终呈带钝角单边V形。分析表明,较大激光入射角对应的熔池形貌更有利于波导侧壁的光整加工;据此提出先确定激光入射角度以优化熔池形貌,再选取合适平均能量密度以获得足够熔化深度的工艺方法。     

激光烧结石墨烯铜复合材料温度场有限元模拟

在激光烧结石墨烯增强铜基复合材料的过程中,了解瞬时温度场分布对优化工艺参数、控制烧结质量有重要作用。建立了激光烧结预涂在42CrMo基板上的石墨烯铜的混合粉末的有限元模型。研究了激光烧结过程温度场分布,熔池的几何参数以及烧结层与基体的冶金结合宽度。为了验证模拟结果,使用与模拟相同的参数进行了单道激光烧结的实验。研究表明,热传导、热辐射和相变潜热在激光烧结过程的温度场分布中起重要作用。实验结果与模拟结果较为一致。所以可以依据模拟结果预测实验的温度场分布和熔池几何参数,同时也可以据此优化激光烧结参数。     

单晶合金激光熔凝过程中晶向对单晶完整性的影响

运用几何模型对单晶合金激光熔凝过程中激光扫描方向与[100]方向夹角ξ变化时熔池内的枝晶生长方向和速度进行了计算,研究了ξ增大时不同晶向区域的分布变化规律.发现随着ξ的增大, 0]区域增大,[010]区域减小,且熔池两边不同部分速度差别增强.根据速度变化规律,构造出了熔池不同部位的过冷区域变化图,说明了可能出现新晶粒的趋势变化,并与实验结果进行了比较,揭示了在晶向不同的交界区域产生新晶粒的内在机理. 关键词： 单晶合金 激光熔凝 晶向 组成过冷     

基于神经网络遗传算法的激光熔钎焊参数优化

针对激光钎焊熔深难以控制的问题,选取激光焊接功率、焊接速度等激光焊接过程中所涉及的控制参数建立基于BP人工神经网络的激光钎焊模型。根据激光钎焊模拟实验的历史数据对焊接熔深进行预测,采用遗传算法对控制参数进行优化,得到目标焊接熔深。运用MATLAB软件建立了针对铝合金/镀锌钢的激光熔钎焊过程的参数的BP人工神经网络模型,并利用遗传算法的并行和群体搜索策略,对其控制参数进行了优化,使得焊接熔深能通过过程参数精确控制,提高了接头性能。     

大功率盘形激光焊接飞溅动态识别和特征分析

提出了一种识别飞溅动态并基于飞溅特征分析焊接状态的方法。以304不锈钢板为试验对象,进行大功率盘形激光平板堆焊试验。利用高速相机捕捉紫外波段和可见光波段的飞溅图像,通过图像处理提取飞溅特征参数,包括质心位置、面积、灰度、平均灰度和半径。基于飞溅特征参数建立飞溅搜索信息库和相似度函数,用于识别飞溅、计算飞溅体积和灰度以及评估焊接状态。通过焊缝宽度与飞溅特征信息的比较,研究焊接状态与飞溅特征参数之间的内在关系。对飞溅特征与焊接状态之间关系进行了试验分析,结果表明,激光焊接过程中飞溅的体积和灰度值增大,焊缝宽度会相应减小,通过飞溅特征参数可有效监测和评估大功率盘形激光焊接过程的状态。     

激光—双丝复合焊接电弧等离子体温度计算及耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨,结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理,并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。结果表明,加入激光后,电弧的亮度提高,辐射增强,电弧偏向激光作用位置,同时电弧收紧,电弧截面减小,电弧稳定性增强;激光功率、焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响,随着激光功率的增加、焊接电流增大和焊丝间距的减小,电弧等离子体电子温度升高。     

大功率盘形激光焊接飞溅动态识别和特征分析（英文）

提出了一种识别飞溅动态并基于飞溅特征分析焊接状态的方法。以304不锈钢板为试验对象,进行大功率盘形激光平板堆焊试验。利用高速相机捕捉紫外波段和可见光波段的飞溅图像,通过图像处理提取飞溅特征参数,包括质心位置、面积、灰度、平均灰度和半径。基于飞溅特征参数建立飞溅搜索信息库和相似度函数,用于识别飞溅、计算飞溅体积和灰度以及评估焊接状态。通过焊缝宽度与飞溅特征信息的比较,研究焊接状态与飞溅特征参数之间的内在关系。对飞溅特征与焊接状态之间关系进行了试验分析,结果表明,激光焊接过程中飞溅的体积和灰度值增大,焊缝宽度会相应减小,通过飞溅特征参数可有效监测和评估大功率盘形激光焊接过程的状态。     

熔池表面形状对电弧电流密度分布的影响

电弧电流密度分布决定着电弧热流密度、电弧压力的分布,是了解焊接电弧物理本质,建立 焊接过程数学模型的基础.根据电弧物理的基本原理,建立了电弧电流密度在变形熔池表面 上的分布模型,定量分析了熔池表面形状对电流密度分布的影响规律.计算表明,电流密度 在电弧中心线附近呈双峰分布,在离开电弧中心线一定距离处变为单峰分布,熔池表面形状 对电流密度分布有明显的影响.基于该模型计算的焊缝几何形状与实测结果符合得较好. 关键词： 熔池表面变形 电流密度 分布模型     

等离子弧焊接熔池演变过程的格子Boltzmann模拟与验证

本文应用基于分子动理论的格子Boltzmann方法,建立了描述定点等离子弧焊接熔池动态演变过程的二维数理模型,对相变过程的传热与流动现象开展模拟;根据焊接过程能量分布特点改进等离子弧的组合式热源模型,采用total-enthalpy模型求解温度、速度分布及追踪相界面。研究结果表明,模拟的熔合线形状与实验焊缝吻合,格子Boltzmann模拟得到的计算精度及计算效率均优于基于连续流体假设的有限容积法,验证了格子Boltzmann方法用于等离子弧焊接模拟的可行性和优越性;熔池中出现两个方向相反的环流,流动对焊缝形状的作用不容忽略;熔池的流动方式影响了温度场、速度场及二者协同度,直接影响固相线上的热量传递,促进了焊缝中部凸起的形成。     

用磁搅拌技术减轻和消除铍的焊接缺陷

在焊接时利用电磁搅拌技术可以起到细化晶粒，减轻或消除各种焊接缺陷的作用，有利于焊接接头质量的提高。电磁搅拌是在交变磁场的作用下产生的电磁力迫使焊缝熔池的液态金属改变原有运动模式和结晶状态，从而达到控制焊缝凝固组织、减少焊接缺陷的目的。电磁场与焊缝金属的相互作用有2个显著特点：使枝晶破碎、游离，加速枝状晶向等轴晶转变，扩大等轴晶的形成，使晶粒细化；促使焊缝气泡的分离与浮出，对减轻和消除焊接气孔有利。铍的熔焊由于结晶组织粗大和焊缝的高应力状态将导致焊缝开裂。采用高能束（激光）焊接，并且在进行铍的熔焊时加Al-si合金填充材料，再辅以合适的焊接工艺措施可以改善铍的焊接性能和防止铍的开裂。采用磁搅拌技术减轻和消除铍的焊接缺陷，需要在技术上考虑3方面的问题：（1）铍和Al-si合金填充材料都是非磁性材料，非磁性材料对电磁搅拌产生何种效果和影响。（2）与TIG（氩弧焊）焊接相比，激光焊接为无焊接电弧柔性载流导体，电磁场能否对激光焊接实现搅拌。（3）磁场应加在焊缝区域的什么位置才能使搅拌获得良好的效果。对于非磁性材料又无焊接电弧柔性载流导体的激光焊接，交变磁场式电磁搅拌装置显然对熔池起不到搅拌作用，焊缝的原有液态金属的运动规律不能被打乱，起不到细化晶粒和消除焊接缺陷的目的。     

基于光学相干层析的激光焊接熔深监测方法

针对熔深间接测量方法测量精度低的问题,基于光学相干层析（OCT）的激光焊接熔深监测方法通过直接测量熔池小孔深度,实现在线质量监测。该方法基于低相干干涉精密测距原理,将测量光束与焊接光束同轴,具有测量精度高、抗干扰能力强的优点。搭建了基于谱域OCT(SD-OCT)的激光焊接熔深测量系统,在深熔焊条件下测量了熔池小孔深度,并应用百分位滤波算法从测量数据中提取出熔深曲线。针对百分位滤波算法的熔深提取精度受限于OCT测量数据噪声点和该算法需要根据焊接工况来调整滤波参数等问题,提出了一种基于局部离群因子（LOF）和最大值滤波的OCT熔深提取方法,通过与焊缝纵切面的熔深曲线对比发现,熔深提取精度最大提升了32%。实验结果表明,所提方法可有效提高熔深提取精度,且不需要调整算法滤波参数,适用性更强。     

大功率盘形激光焊飞溅特征分析

焊接过程的在线监控是保证激光焊接质量的关键, 为此, 首先要找到焊接过程传感特征量变化规律以及与焊缝质量间的关系. 飞溅是大功率盘型激光焊接过程中的一个重要现象, 其特征与焊接质量、焊接过程稳定性以及能量利用率等有着密切的联系. 以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象, 研究焊接过程中的飞溅特征. 在紫外波段和可见光波段应用高速摄像机摄取焊接过程中产生飞溅的瞬态特征, 通过计算机图像处理技术分析飞溅的数量、面积、行程和质心高度特征参量. 以焊件熔宽作为衡量焊接质量与焊接过程稳定性的因素, 对飞溅特征量进行线性和高次拟合, 研究飞溅特征参量的波动规律, 并与焊件熔宽的变化对比, 探索焊接过程的飞溅特征参量变化规律. 试验结果表明, 根据飞溅特征量变化规律能够对大功率盘形激光焊接304不锈钢板焊接质量做出动态评估, 为实现焊接质量的在线监控提供了试验依据.