激光旁轴送丝熔覆堆积成形焊缝特征拟合及最佳搭接率模型验证

作     者：李松钊 朱加雷 赵晓鑫 黄钰连 朱昱颖 宋旷达 李桂新 黄钰珊 Li Songzhao;Zhu Jialei;Zhao Xiaoxin;Huang Yulian;Zhu Yuying;Song Kuangda;Li Guixin;Huang Yushan

作者机构：北京石油化工学院机械工程学院北京102617 上海民办圣华紫竹双语学校上海200241 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2024年第44卷第6期

页      面：53-59页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：北京市科技计划重点项目(KZ202210017023) 北京市属高校分类发展项目(11000023T000002199202) 北京市属高等学校高水平科研创新团队建设支持计划项目(BPHR20220110) 

主　　题：激光旁轴送丝熔覆成形技术 图像处理 焊缝轮廓拟合 搭接率模型 单因素试验 

摘      要：在激光旁轴送丝熔覆成形中,表面平整度是影响其成形质量的关键因素。为获得理想的表面平整度,选取ER-2209焊丝,基于激光旁轴送丝单层单道熔覆焊缝形貌,使用MATLAB软件对其进行图像处理、焊缝特征提取及数学拟合。试验结果表明,传统焊缝的抛物线模型与实际熔覆焊缝特征差异较大,为保证误差可控,同时避免不利因素的产生,经过多组不同阶数的拟合结果对比发现,使用6阶函数对试验对象的拟合效果更好。由焊缝曲线的拟合结果可得出最优拟合函数,进而利用微分的思想建立最佳平整度的数学模型,可求解出最佳理论搭接率,并通过5组单因素激光旁轴送丝搭接试验对所提出的表面平整度模型进行验证。结果表明,焊缝表面平整度是焊缝特征和层间偏移量的函数;该模型的理论最佳搭接率是30.45%,试验验证的理想搭接率在30%~35%之间,在试验误差允许范围内理论最佳搭接率成立。在实际的激光旁轴送丝熔覆成形过程中,可以根据实际情况,在理论最优搭接率基础上小范围灵活调整。