發(fā)布時間：2017-09-28 00:01

  本文關(guān)鍵詞：基于結(jié)構(gòu)激光的TIG焊熔池三維表面演化行為研究

  更多相關(guān)文章： TIG焊 熔池表面動態(tài)演變 熔池表面三維觀測 熔池振蕩 熔透控制

【摘要】：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(diǎn)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,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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)TIG焊的焊接過程中,熔池表面是動態(tài)變化的。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(diǎn)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過程進(jìn)行了仿真分析,并基于網(wǎng)格激光的成像形態(tài)變化特征對脈沖TIG焊熔池三維表面振蕩模式進(jìn)行了探究。通過研究得出以下結(jié)論:通過仿真與試驗探究,脈沖TIG焊熔池表面的振蕩服從貝塞爾方程的振蕩模式。
【關(guān)鍵詞】：TIG焊 熔池表面動態(tài)演變 熔池表面三維觀測 熔池振蕩 熔透控制
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG444.74
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 結(jié)構(gòu)激光運(yùn)用于觀測熔池信息的研究現(xiàn)狀11
• 1.3 基于三維視覺傳感的TIG焊熔池三維表面觀測研究現(xiàn)狀11-15
• 1.4 TIG焊熔池三維表面變形的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 1.5.1 研究內(nèi)容17
• 1.5.2 本文主要創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 第2章 TIG焊熔池自由表面觀測系統(tǒng)18-27
• 2.1 結(jié)構(gòu)激光視覺法觀測TIG焊熔池表面的原理18-19
• 2.2 TIG焊熔池三維表面的測量試驗系統(tǒng)簡介19-21
• 2.3 反射成像特征21-22
• 2.4 試驗系統(tǒng)22-25
• 2.4.1 豎屏試驗系統(tǒng)22-23
• 2.4.2 斜屏試驗系統(tǒng)23-24
• 2.4.3 雙屏試驗系統(tǒng)24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 TIG焊熔池三維表面觀測研究27-45
• 3.1 提出熔池三維表面觀測算法27
• 3.2 基于單屏試驗系統(tǒng)的凹凸面激光反射成像仿真結(jié)果分析27-35
• 3.2.1 入射線、反射線、投影點(diǎn)之間的坐標(biāo)變換27-29
• 3.2.2 三維平面29-30
• 3.2.3 三維凸面30-33
• 3.2.4 三維凹面33-35
• 3.3 基于斜屏試驗系統(tǒng)的熔池自由表面三維觀測計算35-41
• 3.3.1 熔池表面對激光點(diǎn)陣形態(tài)的影響仿真35-36
• 3.3.2 熔池表面反射成像空間示意圖36
• 3.3.3 熔池表面投影點(diǎn)和成像屏上成像點(diǎn)所對應(yīng)的空間位置關(guān)系36-39
• 3.3.4 熔池表面三維恢復(fù)及結(jié)果分析39-41
• 3.4 基于雙屏試驗系統(tǒng)的熔池自由表面三維觀測計算41-43
• 3.4.1 重構(gòu)原理41-42
• 3.4.2 試驗結(jié)果及誤差分析42-43
• 3.5 基于遺傳算法的熔池表面分析43-44
• 3.5.1 遺傳算法的基本理論43
• 3.5.2 計算結(jié)果分析43-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第4章 TIG焊熔池三維表面動態(tài)演變過程45-55
• 4.1 直流TIG焊熔池表面凹凸性研究45-47
• 4.1.1 激光經(jīng)凹凸面反射后的成像特征45-46
• 4.1.2 不同焊接電流下熔池表面的凹凸性情況46-47
• 4.2 定點(diǎn)TIG焊熔池表面動態(tài)演變過程47-53
• 4.2.1 數(shù)學(xué)模型描述47-49
• 4.2.2 熔池表面動態(tài)演變仿真過程分析49-51
• 4.2.3 熔池表面動態(tài)演變試驗過程分析51-53
• 4.3 焊接電流對焊縫熔深和熔寬的影響53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 脈沖TIG焊熔池表面振蕩研究55-68
• 5.1 熔池表面振蕩模式仿真分析55-60
• 5.2 脈沖TIG焊熔池表面動態(tài)變化過程60-65
• 5.2.1 峰值電流階段與基值電流階段網(wǎng)格激光形態(tài)60-61
• 5.2.2 不同焊接參數(shù)下熔池表面的變化特征61-65
• 5.3 熔池表面振動規(guī)律65-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 致謝75-76
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉坤;李亞江;王娟;魏守征;;鈦/鋁異種輕金屬熔焊技術(shù)的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代焊接;2014年03期

2 樊丁;霍宏偉;石s，

本文編號：932626