外加纵向磁场移动焊接熔池流场和传热耦合分析

建立了外加纵向磁场移动(GasTungsten Arc Welding，简称GTAW)三维熔池中的电磁场、流场与热场的数学模型，利用ANSYS软件所提供的多耦合场分析功能，对熔池中电流密度与通电线圈产生的磁场分布，以及外加纵向磁场作用下移动GTAW三维熔池的流场与热场进行了研究．研究发现，熔池中的电流密度在熔池中心以外的某一环形区域达到最大值，空心圆柱线圈产生的磁场可以近似为纵向磁场，而且在外加纵向磁场作用下，焊接熔池液态金属做高速旋转运动(0．23m／s)，可使熔池呈现“宽而浅”的形状．     

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.     

铝合金钨极氩弧焊熔池图像处理

对铝合金熔池图像特点进行了分析,提出了一种快速有效的熔池边缘提取算法．采用边缘保持滤波和模糊增强对铝合金熔池图像进行预处理,并采用max-min算子对边缘进行检测,采用投影法对边缘进行细化和去除伪边缘而获得清晰的熔池边缘．该算法抗干扰强、计算速度快、计算准确,能有效提取熔池的形状．     

纵向磁场作用下的钨极氩弧焊电弧温度场

通过采集钨极氩弧焊电孤单色图像,采用Fowler-Milne法得到了纵向磁场作用下的电弧温度场,研究了磁感应强度、焊接电流和弧长对电弧温度场的影响.结果表明:在纵向磁场作用下,电弧温度整体降低,电孤体下部出现低温腔;电孤温度场受磁感应强度、焊接电流及弧长的影响.结合电弧图像及温度场在纵向磁场作用下的变化规律,对纵向磁场作用下电弧的演变过程进行了描述:随着磁感应强度增大,在洛仑兹力与自磁收缩力的共同作用下电弧出现先扩张后收缩的现象;随着弧长变长,低温腔变大,阳极附近电孤中心温度变低,且温度半径变大;随着焊接电流的增大,电孤作用半径及电弧的温度半径变大.     

外加变位磁场作用GTAW焊接电弧的数值模拟

为了揭示外加变位磁场对GTAW焊接电弧的形态以及传热传质影响规律,建立了GTAW焊接电弧的数学模型;对比分析了无外加磁场,30°变位磁场,60°变位磁场作用下X Z截面(即Y=0截面)的电弧温度场、压强以及Z=7.5 mm截面电磁力矢量的变化规律;并在电弧空间取一条路径Path1(X方向),详细对比分析了此路径上的电流...     

铝合金交流钨极氩弧焊熔池图像传感方法

为了采用图像处理与模式识别的方法对铝合金的焊接质量进行知识控制，必须获取铝合金焊接熔池的汪晰图像，然后提取焊接熔池的信息，在对铝合金焊接光变分析的基础上，以焊接电弧光中的连续光谱作为光源，采用宽带滤波方法设计的全新的光学图像传感器，利用普通工业CCD摄像机获得了画面清晰，质量稳定的铝合金焊接熔池区域图像，针对所获得的铝合金焊接熔池图像中干扰分配的不均衡性，采用新型分区滤波图像预处理算法，得到了铝合金焊接熔池的理想特征参数，该算法具有抗干扰强，速度快的特点，对提高铝合金的焊接质量具有重要意义。     

基于连续谱修正的标准温度法的钨极惰性气体保护焊电弧温度场分析

基于光谱学理论分析氩原子谱线波长为794.8 nm的特征谱发射系数、连续谱发射系数和总发射系数与温度之间的关系,以及连续谱对标准温度法的影响,并对标准温度法的曲线进行修正;利用具有高速摄影的电弧光谱采集系统拍摄氩原子波长为794.8 nm的特征谱的电弧图像;根据修正后的标准温度法计算直流钨极惰性气体保护焊的电弧温度场分布,对修正前、后的电弧温度场加以比较.结果表明,考虑连续谱时,电弧的温度有所升高.结合光谱仪拍摄的电弧谱线强度分布规律表明,连续谱对氩原子波长为794.8 nm的特征谱的温度计算结果影响较小.     

钨极惰性气体保护焊熔池表面三维恢复算法及其可视化

摘要： 针对焊接熔池具有高动态、不规则的镜面等特性,在已有的熔池表面激光点阵熔池镜面反射三维恢复算法的基础上,建立了为实现钨极惰性气体保护焊熔池表面三维恢复的数学模型.对于不同的三维凸面和三维凹面,利用新的算法来实现熔池表面的三维恢复,激光经过不同的三维面形反射后在成像屏上形成不同分布的激光点阵,并编写相应程序进行了可视化研究.结果表明：所建立的数学模型根据成像屏上形成的激光点阵分布的高低程度不同、紧密程度不一致等,反映出熔池表面高低形态的变化趋势,但要能更准确地反映动态的三维熔池表面,需添加更多的约束条件.     

钨极气体保护焊金属原型技术工艺

介绍了基于钨极气体保护焊(GTAW)的金属原型技术成型工艺及其实验系统组成,对GTAW成型过程进行分析,得到了与金属零件成型相关的焊接工艺参数,通过实验与数学建模得到了关键参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度)与焊缝几何尺寸的关系,根据快速成型的特点及要求,优化了焊接工艺参数并进行了三维金属零件的堆积实验.结果表明:用该工艺参数制造的金属零件成型较好,表面均匀,能够满足金属原型制造的要求.     

电弧超声激励共熔池双钨极氩弧焊接方法

提出了一种附加电弧超声激励共熔池的双钨极氩弧焊接新方法.使用附加超声电弧和主电弧完成焊接过程,附加超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,主电弧作为主要的焊接热源,以实现改善焊缝金属性能及其焊接效率的功能.同时,以304钢为例,采用所提出的焊接方法进行试验.结果表明,所提出的焊接方法可以提高焊接过程的稳定性和焊接效率,有效细化焊缝金属组织并提高焊缝金属的拉伸性能.     

Al-Mg合金钨极气体保护焊接电弧的光谱特征提取方法

摘要：
以Al-Mg合金的脉冲交流钨极气体保护焊接为背景,运用主成分分析方法对电弧光谱进行冗余信息去除和特征信号提取,分别使用信号脉冲周期内平均和小波重构的方法对特征信号进行去脉冲干扰,并对特征信号和不同类型焊接缺陷间的关系进行研究.结果表明,第1、2主成分包含了电弧光谱中的主要信息,分别对应Ar I谱线和金属谱线,反映了焊接过程的不同方面,第1主成分特征信号与电弧的热量输入关系较大,而第2主成分特征信号与熔池的稳定性密切相关.
     

钨极氩弧焊焊接电弧数值分析

以钨极氩弧焊(TIG)电弧为研究对象，根据磁流体动力学理论构建了电弧数学模型，并对TIG焊接电弧进行了数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布与试验值相当吻合．在此基础上对电弧压力和电流密度进行了分析，并通过试验验证了模拟结果．实验结果表明，在本试验条件下，电弧压力分布符合双面指数曲线分布，电流密度分布符合高斯分布规律．     

直流TIG焊接电弧阳极电流密度的数值计算

以直流钨极氩弧焊电弧为研究对象，建立了轴对称两维数值模型。模型中考虑了阴极几何形状，电流密度计算包括了阴极区和弧柱区。模型对一组磁流体动力学方程组的求解，采用了ＳＩＭＰＬＥ算法，所得的电弧弧柱温度分布与实验吻合良好。在此基础上，运用所建立的电弧模型，详细分析了焊接电流、钨极端头锥角及弧长对电弧阳极电流密度分布的影响，计算结果与实测值基本一致。     

手工电弧焊与CO2气体保护焊焊缝成形特征研究

采用手工电弧焊与CO2气体保护焊对Q235钢板进行表面堆焊,研究了两种焊接方法的焊缝成形特征．结果表明,虽然手工电弧焊是气渣联合保护,有利于焊缝成形,但手工操作使得焊接速度难以保证匀速,导致焊缝表面粗糙,焊缝弯曲不平直;并且由于药皮焊条直径粗,导致手工电弧焊热影响区宽．而细丝CO2气保焊由于形成稳定的熔滴过渡,使得焊缝表面波纹细致、美观,焊缝平直,热影响区窄．CO2气保焊能精确控制焊接规范,可通过调节焊接规范来获得良好的焊缝成形,手工电弧焊不能精确控制焊接规范,不利于得到成形良好的焊缝．     

线性电磁搅拌时金属运动规律的数学模型

依据行波磁场的特点,对自行设计的实验用线性搅拌器磁场力进行了较详细地分析和计算,进而建立了行波磁场作用下液态金属运动规律的二维数学模型,其结果与物理模拟的测试结果吻合较好。     

等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟

建立了运动等离子弧作用下焊接温度场的三维瞬态数值分析模型，以分析等离子弧焊熔池温度分布情况以及焊接电流、焊接速度等焊接工艺参数对其影响情况．综合考虑了液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面的散热以及熔化／凝固相变潜热等对熔池温度场的影响．采用三维锥体热源对小孔型等离子弧焊接过程进行了流体动力学和传热分析，利用ANSYS有限元软件求解所建立的模型，得到了等离子弧焊接过程中温度场的变化情况．模拟结果表明，随焊接电流的增大和焊接速度的减小，熔池体积增加，熔宽和热影响区都增大．试验结果验证了所建立模型的正确性和数值求解方法的可靠性．     

变极性等离子弧穿孔立焊双面图像处理与特征提取

摘要： 针对变极性等离子弧穿孔立焊的双面图像进行特征信号提取,提出了一种适应性强的图像处理算法来获取焊接参数.开发了基于组合部件模型匹配和边缘窗口线性扫描的组合算法,并通过筛选法则提取特征信号,实现对焊接双面特征的有效提取.结果表明,所提出的方法能获得可靠的正面熔池及背面小孔的几何特征信息,为视觉多信号融合提供基础.