【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(duì)異種材料進(jìn)行焊接、實(shí)施非接觸遠(yuǎn)距離焊接、易于控制等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在工業(yè)制造的各個(gè)領(lǐng)域。由于激光焊接功率密度高,激光光斑直徑小,所以對(duì)焊接設(shè)備以及工件的固定精度要求較高,否則就會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致焊件報(bào)廢。要獲得較好的焊接質(zhì)量,就必須在激光焊接過程中對(duì)激光焊接狀態(tài)有準(zhǔn)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(duì)焊接過程中熔透的程度進(jìn)行很好的控制。論文對(duì)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外熔透狀態(tài)檢測(cè)的方法進(jìn)行了歸納和比較,重點(diǎn)研究焊接過程中熔透的狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。針對(duì)熔透狀態(tài)不容易直接被檢測(cè)的問題,設(shè)計(jì)搭建了激光焊接試驗(yàn)平臺(tái),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(jì)的試驗(yàn)平臺(tái)直接對(duì)匙孔熔透的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。通過建立大功率盤型激光焊接試驗(yàn)系統(tǒng)和視覺檢測(cè)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(shí)別模型對(duì)熔透的狀態(tài)進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè),再通過焊后焊縫的成形檢測(cè),驗(yàn)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(gè)焊接特征之間的聯(lián)系,分析熔透和焊縫成型以及對(duì)焊接質(zhì)量的影響,搭建了三個(gè)試驗(yàn)平臺(tái),分別進(jìn)行了低碳鋼的激光焊接、不銹鋼的激光—電弧復(fù)合焊接、不銹鋼和低碳鋼的激光—電弧復(fù)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(duì)接焊接。對(duì)于低碳鋼的激光焊接,通過設(shè)計(jì)不同的視覺檢測(cè)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(yàn)條件,得到不同的焊接條件對(duì)焊件正面和背面的焊縫寬度的影響,并分析不同的試驗(yàn)條件對(duì)熔透狀態(tài)的影響。對(duì)于不銹鋼以及不銹鋼和低碳鋼的激光—電弧復(fù)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?cè)囼?yàn)條件,直接觀察熔透的狀態(tài),分析各個(gè)試驗(yàn)條件對(duì)焊件的焊縫成形的影響,以及各個(gè)焊接試驗(yàn)條件對(duì)熔透狀態(tài)的影響。在大功率激光焊接試驗(yàn)過程中,用兩臺(tái)高速攝像機(jī)組成視覺檢測(cè)系統(tǒng)。一臺(tái)為單色高速攝像機(jī)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(tái)為彩色高速攝像機(jī)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(duì)彩色圖像進(jìn)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(yùn)用小波算法對(duì)單色高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)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(duì)匙孔熔透狀態(tài)信息的直接提取,發(fā)現(xiàn)焊接試驗(yàn)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(duì)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(gè)特征信息的變化趨勢(shì)與匙孔的熔透狀態(tài)有密切的關(guān)系。建立模式識(shí)別模型對(duì)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(duì)焊件背面焊縫寬度進(jìn)行預(yù)測(cè)。設(shè)計(jì)大功率盤型激光焊接試驗(yàn)平臺(tái),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(shí)別模型對(duì)彩色圖像中焊接特征信息進(jìn)行提取,分別由彩色高速攝像機(jī)獲取的焊件側(cè)面的6個(gè)特征信息,和由單色高速攝像機(jī)獲取的焊件正面的3個(gè)特征信息。建立一個(gè)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(duì)焊件背面焊縫的寬度進(jìn)行預(yù)測(cè),通過預(yù)測(cè)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(duì)焊件背面的焊縫寬度有較好的預(yù)測(cè)能力。對(duì)焊件進(jìn)行焊后的焊縫成形檢測(cè)。通過對(duì)比不同試驗(yàn)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(duì)焊接熔深有直接的影響。通過對(duì)焊縫處的微觀組織進(jìn)行觀察和對(duì)焊縫處維氏硬度的測(cè)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(duì)焊件的焊后焊縫成形的檢測(cè),驗(yàn)證了所建立的熔透識(shí)別模型和對(duì)焊件背面的焊縫寬度預(yù)測(cè)的有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG456.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2399728