【摘要】：激光焊接技術(shù)在近代飛速發(fā)展,其具有速度快、功率密度高、較大的深寬比、可焊接難熔的材料并能對異種材料進行焊接、實施非接觸遠距離焊接、易于控制等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用在工業(yè)制造的各個領(lǐng)域。由于激光焊接功率密度高,激光光斑直徑小,所以對焊接設(shè)備以及工件的固定精度要求較高,否則就會出現(xiàn)焊接缺陷,嚴重時導致焊件報廢。要獲得較好的焊接質(zhì)量,就必須在激光焊接過程中對激光焊接狀態(tài)有準確的判斷。焊縫的成形質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量,獲得良好的焊縫成形質(zhì)量需要對焊接過程中熔透的程度進行很好的控制。論文對現(xiàn)有的國內(nèi)外熔透狀態(tài)檢測的方法進行了歸納和比較,重點研究焊接過程中熔透的狀態(tài)實時檢測技術(shù)。針對熔透狀態(tài)不容易直接被檢測的問題,設(shè)計搭建了激光焊接試驗平臺,并使用視覺傳感器獲取焊接過程中包含焊接特征信息的圖像,利用設(shè)計的試驗平臺直接對匙孔熔透的狀態(tài)進行檢測。通過建立大功率盤型激光焊接試驗系統(tǒng)和視覺檢測系統(tǒng),獲取在焊接過程中出現(xiàn)的各種特征信息,建立模式識別模型對熔透的狀態(tài)進行判斷和預(yù)測,再通過焊后焊縫的成形檢測,驗證所建立模型的有效性。為了研究熔透和焊接過程中出現(xiàn)的各個焊接特征之間的聯(lián)系,分析熔透和焊縫成型以及對焊接質(zhì)量的影響,搭建了三個試驗平臺,分別進行了低碳鋼的激光焊接、不銹鋼的激光—電弧復合焊接、不銹鋼和低碳鋼的激光—電弧復合焊接、鋁合金5052的激光焊接、鋁合金6061的激光焊接以及鋁合金5052和鋁合金6061的激光對接焊接。對于低碳鋼的激光焊接,通過設(shè)計不同的視覺檢測系統(tǒng),分別獲取了激光焊接過程中焊件的正面和背面的焊接特征信息,以及焊件的正面和側(cè)面的焊接特征信息。通過改變焊接試驗條件,得到不同的焊接條件對焊件正面和背面的焊縫寬度的影響,并分析不同的試驗條件對熔透狀態(tài)的影響。對于不銹鋼以及不銹鋼和低碳鋼的激光—電弧復合焊接,和鋁合金的激光焊接,獲取了焊接過程中焊件側(cè)面和背面的信息特征。通過改變試驗條件,直接觀察熔透的狀態(tài),分析各個試驗條件對焊件的焊縫成形的影響,以及各個焊接試驗條件對熔透狀態(tài)的影響。在大功率激光焊接試驗過程中,用兩臺高速攝像機組成視覺檢測系統(tǒng)。一臺為單色高速攝像機配備有紅外—可見光的濾光片,獲取焊接過程中焊件上表面的金屬蒸氣和飛濺的焊接特征信息,另一臺為彩色高速攝像機配備可見光的濾光片,通過放置在焊件下方的鏡子的反射,獲取焊接過程中焊件下表面的飛濺和匙孔熔透狀態(tài)的焊接特征信息。使用基于K均值聚類算法的彩色圖像分割算法對彩色圖像進行處理,獲得焊件背面有效的飛濺和匙孔狀態(tài)的焊接信息特征。運用小波算法對單色高速攝像機獲取的圖像進行處理,提取焊件正面飛濺和金屬蒸氣的焊接特征信息。通過對匙孔熔透狀態(tài)信息的直接提取,發(fā)現(xiàn)焊接試驗條件包括焊接速度、焊接激光功率以及焊縫的寬度的改變對熔深的狀態(tài)有直接的影響,而且焊接過程中出現(xiàn)的各個特征信息的變化趨勢與匙孔的熔透狀態(tài)有密切的關(guān)系。建立模式識別模型對彩色圖像中焊接特征信息的提取,以及建立LMBP(Levenverg-Marquardt Back-Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對焊件背面焊縫寬度進行預(yù)測。設(shè)計大功率盤型激光焊接試驗平臺,建立視覺傳感系統(tǒng),獲取焊接過程中焊件上表面和側(cè)面表現(xiàn)出的焊接特征信息。建立模式識別模型對彩色圖像中焊接特征信息進行提取,分別由彩色高速攝像機獲取的焊件側(cè)面的6個特征信息,和由單色高速攝像機獲取的焊件正面的3個特征信息。建立一個9輸入1輸出的LMBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對焊件背面焊縫的寬度進行預(yù)測,通過預(yù)測結(jié)果可以看出,所建立的LMBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的穩(wěn)定性以及對焊件背面的焊縫寬度有較好的預(yù)測能力。對焊件進行焊后的焊縫成形檢測。通過對比不同試驗下的焊縫剖面的宏觀圖,發(fā)現(xiàn)焊接激光功率、焊接路徑和焊接速度對焊接熔深有直接的影響。通過對焊縫處的微觀組織進行觀察和對焊縫處維氏硬度的測量,發(fā)現(xiàn)焊縫處的維氏硬度 母材的維氏硬度熱影響區(qū)的維氏硬度。對焊件的焊后焊縫成形的檢測,驗證了所建立的熔透識別模型和對焊件背面的焊縫寬度預(yù)測的有效性。
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【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG456.7

【參考文獻】

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1 盛潔;朱俊杰;蔡艷;孫大為;洪藍青;;基于熔池圖像的熔化極氣體保護焊焊接過程質(zhì)量監(jiān)測方法[J];上海交通大學學報;2015年10期

2 春蘭;韓永全;陳芙蓉;洪海濤;;變極性等離子弧焊接熔透信息的檢測與分析[J];機械工程學報;2015年20期

3 劉雅靜;鄧楠;宋丙新;;基于區(qū)域生長算法激光深熔焊監(jiān)測圖像處理研究[J];機械科學與技術(shù);2015年11期

4 李寧;柴玉琨;劉彥明;;密排小徑管焊縫熔深超聲檢測研究[J];科技創(chuàng)新導報;2015年25期

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6 王詩洋;王旭友;滕彬;黃瑞生;王猛;;激光全熔透工藝參數(shù)對不銹鋼焊接氣孔率的影響[J];焊接;2015年06期

7 任俊波;唐月明;王學權(quán);柴玉琨;許貴平;;鋯合金淺焊縫熔深超聲顯微檢測技術(shù)研究[J];材料導報;2015年S1期

8 焦嬌;楊立軍;劉桐;杜笑;王會超;;YAG激光焊接等離子體電信號檢測與焊接模式分析[J];中國激光;2014年09期

9 姚燕生;王園園;李修宇;;激光復合焊接技術(shù)綜述[J];熱加工工藝;2014年09期

10 孫朝明;湯光平;王增勇;;混合氣體保護焊的熔深監(jiān)測試驗與分析[J];焊接技術(shù);2011年07期

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本文編號：2399728