本文關(guān)鍵詞：TIG焊熔池流動(dòng)行為的試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： TIG焊 激光反射 粒子示蹤 可視化研究 熔池流動(dòng)行為

【摘要】：隨著社會(huì)工業(yè)水平的進(jìn)一步發(fā)展,追求高效率、高質(zhì)量的焊接工藝水平日益受到廣泛的關(guān)注。提高焊接速度、優(yōu)化填充材料組分等可以有效的得實(shí)現(xiàn)工業(yè)發(fā)展需求,但是隨著焊接速度的增加熔池流動(dòng)行為也變得更為劇烈,與此同時(shí),焊縫中材料組分的復(fù)雜化也將會(huì)使得熔池中流動(dòng)行為更加復(fù)雜化。熔池的流動(dòng)行為又直接影響到焊縫宏觀成形、微觀組形態(tài)、元素?cái)U(kuò)散遷移、合金元素的稀釋等,這些會(huì)對(duì)焊縫接頭的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響,因此,對(duì)于焊接熔池流動(dòng)行為的研究有著重大意義。本文為了探究熔池流動(dòng)行為,以TIG焊作為焊接工藝試驗(yàn)方法,采用可視化粒子跟蹤方法作為研究主線�；谶@一主線,搭建了熔池激光反射可視化研究平臺(tái),在所搭建的平臺(tái)的基礎(chǔ)上,分別對(duì)304不銹鋼和Q235碳鋼的熔池流動(dòng)行為進(jìn)行了試驗(yàn)研究。進(jìn)一步探究了異種鋼焊接熔池流動(dòng)行為,選取304不銹鋼/Q235碳鋼、316L不銹鋼/Q235碳鋼、304不銹鋼/316L不銹鋼三種不同的異種鋼焊接的熔池流動(dòng)作為研究對(duì)象。基于圖像處理方法,對(duì)熔池表面流動(dòng)速率進(jìn)行了定量計(jì)算。為了更好地進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的后處理,準(zhǔn)確的提取了304不銹鋼TIG焊的熔池邊緣。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.基于所搭建的熔池激光反射平臺(tái),分別對(duì)涂覆有示蹤粒子的304不銹鋼和Q235碳鋼進(jìn)行普通脈沖TIG焊,基于像素坐標(biāo)原理對(duì)試驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到了304不銹鋼和Q235碳鋼熔池表面示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,以此表征了熔池表面液態(tài)金屬的流場(chǎng),結(jié)果表明:304不銹鋼TIG焊時(shí)示蹤粒子由熔池邊緣逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)到熔池中心,這表明熔池表面的液態(tài)金屬是由熔池周邊以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)入到熔池中心的;Q235碳鋼TIG焊時(shí)示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)過程基本沒有方向性且一直在熔池邊緣,這表明Q235碳鋼在TIG焊時(shí),熔池表面的液態(tài)金屬是以不定向,不規(guī)則的軌跡最終流向熔池邊緣。通過實(shí)際熔池寬度和熔池像素寬度的映射關(guān)系,得到示蹤粒子在熔池表面的實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離,求得304不銹鋼TIG焊時(shí)熔池表面的流動(dòng)速度大約為10~15mm/s,Q235TIG焊時(shí)熔池表面的流動(dòng)速度大約為10~16mm/s。2.為了探究異種鋼焊接時(shí),熔池表面的流動(dòng)行為。基于與上述相同的試驗(yàn)平臺(tái)和試驗(yàn)方法,研究了304不銹鋼/Q235碳鋼、316L不銹鋼/Q235碳鋼、304不銹鋼/316L不銹鋼三種不同的異種鋼焊接的熔池流動(dòng),為了進(jìn)一步探究異種鋼焊接熔池內(nèi)部的流動(dòng)情況,用EDS方法研究了焊縫區(qū)域的元素分布,以此來推理熔池內(nèi)部的流動(dòng)行為。結(jié)果表明:在不銹鋼與碳鋼焊接時(shí),熔池表面金屬由不銹鋼向碳鋼一側(cè)流動(dòng),當(dāng)304不銹鋼與316L不銹鋼焊接時(shí)向304不銹鋼一側(cè)轉(zhuǎn)移,其中304不銹鋼/Q235碳鋼熔池表面液態(tài)金屬的流動(dòng)速度約為24~28mm/s,316L不銹鋼/Q235碳鋼熔池表面液態(tài)金屬的流動(dòng)速度約為20~24mm/s;304不銹鋼/316L不銹鋼熔池表面液態(tài)金屬的流動(dòng)速度約為15~18mm/s,熔池內(nèi)部液態(tài)金屬是由碳鋼側(cè)流向不銹鋼側(cè)的。3.為了準(zhǔn)確的進(jìn)行熔池圖像數(shù)據(jù)的后處理,對(duì)304不銹鋼TIG焊熔池圖像進(jìn)行了預(yù)處理,二值化,基于Canny、Prewitt、Robert、Sobel、Laplace五種邊緣檢測(cè)算子進(jìn)行了邊緣提取,探究最佳的數(shù)據(jù)后處理方法,結(jié)果表明:首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理,然后圖像經(jīng)過二值化后,使用Robert邊緣檢測(cè)算子所提取到的熔池邊緣最優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：TIG焊 激光反射 粒子示蹤 可視化研究 熔池流動(dòng)行為
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG444.74
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-22
• 1.2.1 TIG焊熔池流動(dòng)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀12-20
• 1.2.2 TIG焊熔池流動(dòng)數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容及意義22-24
• 第二章 熔池表面觀測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建24-30
• 2.1 TIG焊熔池表面反射模型24-25
• 2.1.1 熔池表面的反射特性24-25
• 2.1.2 攝像機(jī)采集特性25
• 2.2 熔池表面觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并搭建25-27
• 2.3 激光熔池反射系統(tǒng)的可行性分析27-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第三章 TIG焊熔池邊緣檢測(cè)與提取30-41
• 3.1 熔池表面流動(dòng)圖像的預(yù)處理31-33
• 3.1.1 對(duì)所需圖像信息的剪裁31
• 3.1.2 濾波31-33
• 3.2 基于邊緣檢測(cè)算子的熔池邊緣提取33-38
• 3.2.1 Canny算子33-34
• 3.2.2 Prewitt算子34-35
• 3.2.3 Robert算子35-36
• 3.2.4 Sobel算子36-37
• 3.2.5 Laplace算子37-38
• 3.3 圖像二值化后的邊緣檢測(cè)38-39
• 3.3.1 圖像二值化處理38
• 3.3.2 邊緣檢測(cè)38-39
• 3.4 小結(jié)39-41
• 第四章 TIG焊熔池表面液態(tài)金屬流動(dòng)行為的試驗(yàn)研究41-57
• 4.1 試驗(yàn)方法及材料41-43
• 4.1.1 激光熔池反射系統(tǒng)所得的熔池流動(dòng)圖像41-42
• 4.1.2 脈沖焊接對(duì)熔池流動(dòng)的影響及研究圖像的選取42-43
• 4.2 304不銹鋼熔池表面流動(dòng)行為43-49
• 4.2.1 基于matlab像素定位示蹤粒子流動(dòng)軌跡的提取43-46
• 4.2.2 304不銹鋼熔池流場(chǎng)的提取與分析46-49
• 4.3 Q235普通碳鋼熔池流動(dòng)行為的試驗(yàn)研究49-53
• 4.3.1 基于matlab像素定位示蹤粒子流動(dòng)軌跡的提取49-51
• 4.3.2 Q235普通碳鋼熔池流場(chǎng)的提取與分析51-53
• 4.4 熔池流場(chǎng)的速度計(jì)算53-56
• 4.5 小結(jié)56-57
• 第五章 異種鋼熔池表面流動(dòng)行為的試驗(yàn)研究57-73
• 5.1 試驗(yàn)材料及方法57-58
• 5.2 試驗(yàn)結(jié)果58-69
• 5.2.1 熔池表面流場(chǎng)提取58-68
• 5.2.2 流場(chǎng)速度計(jì)算68-69
• 5.3 異種鋼焊接接頭的元素分布分析69-71
• 5.3.1 試驗(yàn)方法70
• 5.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析70-71
• 5.4 小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄78

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