【摘要】：熔孔是單面焊雙面成形焊接過程中電弧將焊接坡口充分熔化,在熔池前部形成的一個略大于預(yù)留間隙的小孔。它的存在有利于液態(tài)金屬充分地過渡到背面,從而形成美觀、熔合良好的焊縫。有經(jīng)驗(yàn)的焊工對熔孔非常重視,通過觀察熔孔,實(shí)時調(diào)整焊接手法,控制熔孔形態(tài),從而獲得良好的焊縫成形。焊接工作者對穿孔等離子焊、激光焊的小孔研究較多,而對單面焊雙面成形焊接過程中的熔孔認(rèn)知,目前僅僅停留在經(jīng)驗(yàn)層面,尚未有相關(guān)文獻(xiàn)對其形成機(jī)理和行為等關(guān)鍵問題進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。本文搭建了以焊接系統(tǒng)和視覺檢測系統(tǒng)為核心的TIG焊接實(shí)驗(yàn)平臺,從熔池正面拍攝Q235低碳鋼板預(yù)留間隙的對接焊過程;通過對低碳鋼TIG焊接時弧光光譜的分析,設(shè)計了由610nm窄帶濾光片和中性減光鏡組合的濾光系統(tǒng),有效地降低了弧光對熔孔圖像的干擾,拍攝到了清晰的熔孔-間隙圖像。針對拍攝到的熔孔-間隙圖像,對其不同區(qū)域的灰度特征進(jìn)行分析;基于熔孔和間隙邊緣區(qū)域灰度特點(diǎn),利用Matlab平臺開發(fā)了一套圖像處理算法,采用組合的邊緣檢測算子算法提取熔孔-間隙邊緣,并利用灰度形態(tài)學(xué)對得到的邊緣線進(jìn)行優(yōu)化,得到了連續(xù)、完整的熔孔-間隙邊緣,并編寫了熔孔和間隙寬度的提取算法。在不同的焊接工藝參數(shù)下,開展了大量的TIG薄板預(yù)留間隙對接焊試驗(yàn),研究了熔孔形成機(jī)理與特征,維持過程的行為和失穩(wěn)類型,分析了不同的焊接工藝參數(shù)對熔孔的影響和不同熔孔形態(tài)與熔透狀態(tài)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),起弧以后,在電弧熱輸入的作用下,對接試板金屬熔化,熔化的液態(tài)金屬傾斜向下流動形成熔池,熔池前部與間隙連接區(qū)域內(nèi)凹,形成熔孔。熔孔在形成以后,在不同階段呈現(xiàn)出不同的成長速度,并最終進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。在本文設(shè)置的試驗(yàn)條件下,熔孔形成并穩(wěn)定存在所對應(yīng)的工藝參數(shù)裕度較小。熔孔在焊接過程中會發(fā)生不同形式失穩(wěn),可將其失穩(wěn)過程分為縱向失穩(wěn)、橫向失穩(wěn)以及漸縮失穩(wěn)三類,并研究了他們的特征。焊接電流和焊接速度是影響熔孔的主要工藝參數(shù)。焊接電流對熔孔寬度的影響呈現(xiàn)出分階段的規(guī)律,而非簡單的線性關(guān)系;在相對較高的焊接速度下,熔孔寬度容易在整個過程中保持穩(wěn)定。研究表明,不同熔透狀態(tài)下,熔孔的寬度隨時間變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律,熔孔和間隙的寬度差值更適合于表征熔透、未熔透和焊穿等熔透狀態(tài)。對熔孔行為的研究,為實(shí)現(xiàn)基于單面焊雙面成形的智能控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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本文編號：2666460