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、焊接過程中，熔池表面形貌承載著豐富的可表征焊接質(zhì)量優(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的一系列研究工作，從熔池表面的凹凸性、表面的動態(tài)演變過程以及熔池振蕩等角度來研究與工件熔透情況的相關(guān)性，以達(dá)到在焊接過程中控制焊接質(zhì)量的目的。本文基于張裕明教授提出的熔池表面類鏡面反射特性及熔池表面與工件表面對光束反射特性上的差異的基礎(chǔ)上，開展了基于點陣激光和網(wǎng)格激光視覺傳感的熔池表面行為研究工作。
　　首先，基于網(wǎng)格

2、激光對熔池表面反射成像模式進(jìn)行了分析，通過人為設(shè)定障礙物的方式對凹面、凸面的表面激光反射成像模式進(jìn)行了分析，通過研究發(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，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，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所建立的單屏試驗系統(tǒng)，對標(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°方向上的斜屏試驗系統(tǒng)，對熔池三維尺寸進(jìn)行了恢復(fù)計算；在此基礎(chǔ)上，提出了基于兩個成像屏平行且均垂直于水平面的雙屏試驗系統(tǒng)TIG焊熔池三維表面恢復(fù)方法，并進(jìn)行了初步的試驗探究過程以及誤差分析。
　　然后，從試驗的角度對不同

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，在此過程中主要通過焊接過程中實時的結(jié)構(gòu)激光反射成像形態(tài)進(jìn)行表征。利用仿真和試驗相結(jié)合的方法對定點TIG焊的熔池表面動態(tài)演變過程進(jìn)行分析，同時分析了定點TIG焊焊接電流對熔池熔寬、熔深的影響。結(jié)果表明：當(dāng)焊接電流為70A時，仿真與試驗結(jié)果同時表明定點TIG焊熔池表面的演變過程由凸面向凹面轉(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TIG焊的焊接過程中，熔池表面是動態(tài)變化的。

5、當(dāng)焊接電流為50 A時，在焊接過程中熔池表面一直是凸的；隨著焊接電流的增大，在開始焊接時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TIG焊焊接工藝試驗與仿真結(jié)果表明，熔池表面的凹凸性、動態(tài)變化過程和工件熔透情況，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對脈沖TIG焊熔池表面的振蕩演變