基于結(jié)構(gòu)激光的TIG焊熔池三維表面演化行為研究.pdf

1、焊接過(guò)程中，熔池表面形貌承載著豐富的可表征焊接質(zhì)量?jī)?yōu)劣的信息，如工件熔透情況等。因此，本文主要從熔池表面方面所展開(kāi)的一系列研究工作，從熔池表面的凹凸性、表面的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程以及熔池振蕩等角度來(lái)研究與工件熔透情況的相關(guān)性，以達(dá)到在焊接過(guò)程中控制焊接質(zhì)量的目的。本文基于張?jiān)Ｃ鹘淌谔岢龅娜鄢乇砻骖?lèi)鏡面反射特性及熔池表面與工件表面對(duì)光束反射特性上的差異的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了基于點(diǎn)陣激光和網(wǎng)格激光視覺(jué)傳感的熔池表面行為研究工作。
　　首先，基于網(wǎng)格

2、激光對(duì)熔池表面反射成像模式進(jìn)行了分析，通過(guò)人為設(shè)定障礙物的方式對(duì)凹面、凸面的表面激光反射成像模式進(jìn)行了分析，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在凸面的左邊且靠近激光器的位置設(shè)定障礙物時(shí)，成像盲區(qū)出現(xiàn)在成像屏的左邊區(qū)域且靠近成像屏的頂端位置，即凸面反射成像模式在水平方向上為順序模式，在垂直方向上為逆序模式。而對(duì)于凹面，當(dāng)在凹面的右邊且靠近成像屏的位置設(shè)定障礙物時(shí)，成像盲區(qū)出現(xiàn)在成像屏的左邊區(qū)域且靠近成像屏的頂端位置，即凹面反射成像模式在水平方向上為逆序模式

3、，在垂直方向上為順序模式。
　　其次，基于成像屏與工件水平面垂直時(shí)所建立的單屏試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的凹凸面的激光反射成像形態(tài)進(jìn)行了分析，從理論角度驗(yàn)證了凹凸面的激光反射成像模式；提出了基于成像屏與工件水平面成60°方向上的斜屏試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)熔池三維尺寸進(jìn)行了恢復(fù)計(jì)算；在此基礎(chǔ)上，提出了基于兩個(gè)成像屏平行且均垂直于水平面的雙屏試驗(yàn)系統(tǒng)TIG焊熔池三維表面恢復(fù)方法，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)探究過(guò)程以及誤差分析。
　　然后，從試驗(yàn)的角度對(duì)不同

4、焊接電流下的熔池表面凹凸性與熔透狀態(tài)的相關(guān)性進(jìn)行了探究，在此過(guò)程中主要通過(guò)焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)激光反射成像形態(tài)進(jìn)行表征。利用仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)定點(diǎn)TIG焊的熔池表面動(dòng)態(tài)演變過(guò)程進(jìn)行分析，同時(shí)分析了定點(diǎn)TIG焊焊接電流對(duì)熔池熔寬、熔深的影響。結(jié)果表明：當(dāng)焊接電流為70A時(shí)，仿真與試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明定點(diǎn)TIG焊熔池表面的演變過(guò)程由凸面向凹面轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)激光的成像形態(tài)也伴隨著慢慢向中間聚集。在定點(diǎn)TIG焊的焊接過(guò)程中，熔池表面是動(dòng)態(tài)變化的。

5、當(dāng)焊接電流為50 A時(shí)，在焊接過(guò)程中熔池表面一直是凸的；隨著焊接電流的增大，在開(kāi)始焊接時(shí)熔池表面是向上凸的，并隨著焊接的進(jìn)行，熔池表面慢慢發(fā)生變化，由凸面向凹面發(fā)生轉(zhuǎn)變，工件也由未熔透向完全熔透轉(zhuǎn)變。定點(diǎn)TIG焊焊接工藝試驗(yàn)與仿真結(jié)果表明，熔池表面的凹凸性、動(dòng)態(tài)變化過(guò)程和工件熔透情況，可利用經(jīng)熔池表面反射的激光成像形態(tài)來(lái)表征。
　　最后，研究了脈沖TIG焊熔池表面的變化及其振蕩規(guī)律，利用MATLAB對(duì)脈沖TIG焊熔池表面的振蕩演變