检索结果-南通市图书馆

考虑金属蒸汽的定点活性钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

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机械工程学报 2016年第16期52卷 93-99页

作者：肖磊樊丁黄自成黄健康王新鑫兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 安徽工程大学机电学院芜湖241003 重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400054

建立包括钨极、电弧和阳极的定点活性钨极惰性气体保护(Activating tungsten inert gas,A-TIG)焊电弧熔池交互作用统一数学模型。通过麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解,得到了电弧和熔... 详细信息

建立包括钨极、电弧和阳极的定点活性钨极惰性气体保护(Activating tungsten inert gas,A-TIG)焊电弧熔池交互作用统一数学模型。通过麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解,得到了电弧和熔池的温度、等离子体运动速度、熔池流动速度、电弧压力、电势、电流密度和金属蒸汽分布等结果。因为在A-TIG焊中,熔池的内向流动造成了大量的热被传入到熔池底部,热量的利用率更高,导致焊接熔池的表面温度比TIG焊的表面温度要高,从而引起了金属蒸汽浓度的增加,所以考虑金属蒸汽的A-TIG焊的电弧等温线较考虑金属蒸汽的TIG焊的电弧等温线有一定程度收缩。结果表明,考虑金属蒸汽对A-TIG焊熔深的模拟结果具有一定的影响,熔深减小约6%,该结果与有关试验研究结果吻合良好。

关键词：活性钨极惰性气体保护焊金属蒸汽数值模拟

基于光谱诊断的脉冲GMAW焊金属蒸汽动态扩散行为研究

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光谱学与光谱分析 2017年第2期37卷 527-531页

作者：李敏张旺曹岚华学明李芳潘成刚上海电力学院能源与机械工程学院上海200093 上海市激光制造与材料改性重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

理解脉冲GMAW焊电弧物理的动态特性对解释这一焊接方法的内在机理及获取优化控制策略有重要意义,通过在高速摄影前加窄带滤波片的方法研究了脉冲GMAW焊接过程中不同粒子的扩散行为,同时采用光谱仪研究了不同状态下金属与蒸汽保护气氛谱... 详细信息

理解脉冲GMAW焊电弧物理的动态特性对解释这一焊接方法的内在机理及获取优化控制策略有重要意义,通过在高速摄影前加窄带滤波片的方法研究了脉冲GMAW焊接过程中不同粒子的扩散行为,同时采用光谱仪研究了不同状态下金属与蒸汽保护气氛谱线的强度分布信息,采用气体状态方程、等离子体准中性方程、和Saha方程计算了脉冲GMAW焊接峰值和基值两种不同状态下的金属蒸汽浓度分布。研究结果显示,在峰值时刻,金属蒸汽被约束在电弧中心1mm左右的范围内,当电流从峰值跳转到基值时刻,金属蒸汽从中心扩散到电弧外围区域,峰值时刻中心金属浓度约为75%,而基值仅为35%左右。

关键词：光谱分析焊接等离子体脉冲GMAW 金属蒸汽

盘型激光焊金属蒸汽特征色调-色饱和度-亮度分析法研究

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物理学报 2012年第14期61卷 416-423页

作者：高向东汪润林龙观富 Katayama Seiji 广东工业大学机电工程学院广州510006 日本大阪大学接合科学研究所大阪567-0047

对于大功率盘型激光焊,金属焊件表面在激光束辐射下强烈汽化并形成等离子体状的金属蒸汽羽状物.该金属蒸汽羽状物可逆向激光束传输,对激光有明显的屏蔽作用,降低激光辐射至焊件的能量密度,影响焊接效率和质量.因此研究金属蒸汽特征变化... 详细信息

对于大功率盘型激光焊,金属焊件表面在激光束辐射下强烈汽化并形成等离子体状的金属蒸汽羽状物.该金属蒸汽羽状物可逆向激光束传输,对激光有明显的屏蔽作用,降低激光辐射至焊件的能量密度,影响焊接效率和质量.因此研究金属蒸汽特征变化规律及其与焊接质量之间的关联,可实现由金属蒸汽特征实时监测激光焊接状态.以10 kW大功率盘型连续激光焊接304不锈钢钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取金属蒸汽动态图像,将其转换至色调-色饱和度-亮度空间,提取金属蒸汽面积、激光束受影响路径长度等相关特征量,以焊缝熔宽的变化作为衡量焊接状态稳定性的参数.通过金属蒸汽特征值的均值统计和方差分析,试验证明根据金属蒸汽面积和激光束受影响路径长度等金属蒸汽特征可有效地反映熔宽质量,从而对焊接状况做出动态评估.

关键词：大功率盘型激光焊金属蒸汽色调-色饱和度-亮度空间

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基于金属蒸汽和外加磁场的MIG电弧模拟

兵器材料科学与工程 2021年第3期44卷 94-98页

作者：付瑜韩绍华薛丁琪福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108

熔化极惰性气体保护焊中,高温电弧使焊丝部分蒸发成蒸汽,基于磁流体动力学模拟了金属蒸汽和外加纵向磁场下的MIG电弧。结果表明:金属蒸汽改变了电弧温度分布和温度梯度,温度峰值降幅达23.6%;外加纵向磁场强度每增加0.01 T,金属蒸汽在工... 详细信息

熔化极惰性气体保护焊中,高温电弧使焊丝部分蒸发成蒸汽,基于磁流体动力学模拟了金属蒸汽和外加纵向磁场下的MIG电弧。结果表明:金属蒸汽改变了电弧温度分布和温度梯度,温度峰值降幅达23.6%;外加纵向磁场强度每增加0.01 T,金属蒸汽在工件表面的覆盖半径减小约12.9%,外加磁场可控制低碳钢焊接烟尘中含量最多的铁蒸汽分布。

关键词：外加磁场金属蒸汽 MIG 数值模拟

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基于高速影像的激光焊金属蒸汽周期性分析

焊接技术 2013年第6期42卷 7-9,84页

作者：刘桂谦高向东广东工业大学机电工程学院广东广州510006

在激光焊接过程中,材料表面强烈气化,形成较强电离的金属蒸汽。这种致密的气体可以逆着光束入射方向传输,对激光有着显著屏蔽作用,大大降低了入射到材料内部的能量密度,影响焊接质量。以10 kW大功率光纤连续激光焊接不锈钢钢板为试验对... 详细信息

在激光焊接过程中,材料表面强烈气化,形成较强电离的金属蒸汽。这种致密的气体可以逆着光束入射方向传输,对激光有着显著屏蔽作用,大大降低了入射到材料内部的能量密度,影响焊接质量。以10 kW大功率光纤连续激光焊接不锈钢钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取金属蒸汽图像,将数据图像进行处理、分割,提取金属蒸汽面积特征值,作为衡量研究金属蒸汽周期性的稳定参数。分析结果表明,金属蒸汽图像的面积能有效地反映金属蒸汽周期性变化。

关键词：大功率光纤激光焊接金属蒸汽图像处理

光纤激光焊接金属蒸汽结构特征及物理性质的研究

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光纤激光焊接金属蒸汽结构特征及物理性质的研究

作者：衡昊坤上海交通大学

学位级别：硕士

随着高功率光纤激光器的发展,光纤激光焊接技术开始运用到中厚板的焊接当中。高功率的光纤激光可以实现中厚板的焊缝一次成形,提高焊接效率,但是随着热输入的增大,匙孔及熔池波动更加剧烈,焊接稳定性难以控制,容易产生各类焊接缺陷。目... 详细信息

随着高功率光纤激光器的发展,光纤激光焊接技术开始运用到中厚板的焊接当中。高功率的光纤激光可以实现中厚板的焊缝一次成形,提高焊接效率,但是随着热输入的增大,匙孔及熔池波动更加剧烈,焊接稳定性难以控制,容易产生各类焊接缺陷。目前,对此类现象的机理认识仍不充分,但不少学者认为金属蒸汽的行为性质会对焊接稳定性产生影响。为了对高功率光纤激光焊接中的金属蒸汽有更充分的认识,本文选取304不锈钢高功率光纤激光焊接过程中产生的金属蒸汽为研究对象展开了以下研究:将三维重建技术引入到金属蒸汽的研究中,利用光纤传像束设计了用于获取金属蒸汽多角度同步图像的成像系统,建立了适用于金属蒸汽三维重建的中心投影模型,并采用迭代法对其辐射亮度进行了三维重建。基于金属蒸汽的三维辐射亮度图像分析了其空间结构及行为特征。利用谱线强度对比法与三维重建相结合的方式,还原了金属蒸汽的三维温度场,计算了金属蒸汽的电子密度及电离度等相关物理性质,并基于此研究了光纤激光焊接工艺参数对金属蒸汽物理性质的影响以及金属蒸汽在焊接过程中对入射激光影响。通过对高功率光纤激光焊接中金属蒸汽的研究,所得结论为:(1)金属蒸汽的辐射亮度整体呈现由内到外逐渐下降的趋势,但中心区域的亮度并不均匀,它由分立的较高亮度区以及一些相对低亮度的区域构成。金属蒸汽存在剧烈波动且形态尺寸各异,在喷出匙孔后会发生不均匀的膨胀,其亮度中心会随着熔池波动发生偏移。(2)金属蒸汽的温度一般维持在4000K～5500K左右,其三维温度分布与其辐射亮度分布类似。在金属蒸汽所处的温度范围内,其电子密度与温度呈正相关,电子密度一般维持在10 m数量级,电离度在0.01%～0.4%之间。(3)随着激光功率的增大,金属蒸汽温度升高。在负离焦时,金属蒸汽具有较高温度;而正离焦时,金属蒸汽初始温度相对较低,在高度方向上温度下降较慢。在保护气体为氮气时金属蒸汽温度略低,是由于氮气在高温下解离为氮原子需要吸收大量热量所致。金属蒸汽的电子密度与温度具有相似的变化规律。(4)金属蒸汽电离后的等离子体因逆韧致辐射吸收对入射激光造成的衰减一般不超过3%,而金属蒸汽凝结的微小颗粒对激光的衰减相对较大,但一般情况下也不超过8%。但是若焊接过程出现异常波动,出现较高温度或高度较高的金属蒸汽时,将会对入射激光产生较大影响,进而影响焊接质量。

关键词：光纤激光焊接金属蒸汽三维重建结构特征物理性质

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考虑金属蒸汽气氛下电弧等离子体数值模拟

考虑金属蒸汽气氛下电弧等离子体数值模拟

作者：任思蒙中北大学

学位级别：硕士

在采用以惰性气体为保护气的焊接工艺方法时,如MIG焊,气体经电离形成电弧等离子,必然会有金属蒸汽进入电弧等离子体内,进而影响电弧特性。若不考虑金属蒸汽的影响,会对电弧温度场等一系列物理场的认识造成偏差,甚至导致焊接过程效率低,... 详细信息

在采用以惰性气体为保护气的焊接工艺方法时,如MIG焊,气体经电离形成电弧等离子,必然会有金属蒸汽进入电弧等离子体内,进而影响电弧特性。若不考虑金属蒸汽的影响,会对电弧温度场等一系列物理场的认识造成偏差,甚至导致焊接过程效率低,影响焊缝美观甚至导致质量低下。由于电弧等离子温度极高,形成过程极其复杂,通过试验手段难以进行观察和测量,因此,为了深入研究此课题,本文就以计算机数值模拟技术为手段,探究考虑金属气氛下电弧等离子的行为特性,有助于更好选择电弧焊接参数,稳定焊接过程,保证焊接质量。首先,以熔化极气体保护焊(MIG焊)为主要研究载体,不考虑熔滴过渡这一物理化学过程,掌握和运用连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和电磁场方程以及组分输运方程组成方程组,在深刻理解电弧等离子原理、组成和产生机理的前提下,应用FLUENT仿真软件,建立考虑金属蒸汽下电弧等离子二维轴对称数学模型,简化阴极,并选取合理的计算方法进行计算。其次,从两个方面入手来进行本课题的研究。一方面,模拟计算出无金属蒸汽典型电弧等离子温度场与有金属蒸汽但不考虑辐射能损失电弧等离子温度场,对比得出结论:金属蒸汽会使电弧形态明显收缩且电弧整体温度明显下降,在研究电弧等离子体特性时,尤其是熔化极气体保护焊,将金属蒸汽考虑在内十分有必要;另一方面,在考虑金属蒸汽气氛下这个大前提之下,模拟计算不考虑辐射能电弧的一系列物理场(温度、电势、电流密度和金属蒸汽的摩尔分数)与考虑辐射能电弧的一系列物理场(温度、电势、电流密度和金属蒸汽的摩尔分数)后,对应比较,得出结论:考虑辐射能下的电弧等离子体温度进一步下降,电弧形态进一步收缩;电弧电压和电流的峰值和整体范围都增大;Fe蒸汽分布更为广泛。确定当有金属蒸汽进入电弧时,必须将辐射能考虑在内。最后,研究焊接电流、金属蒸汽蒸发率和保护气体流量对考虑金属蒸汽下电弧等离子体的影响。结果表明:增大焊接电流,电弧温度升高,形态收缩,辐射能损失加剧;增大金属蒸汽蒸发率,电弧温升高,但幅度不大,形态收缩,辐射能加剧;低气流量下,增大惰性保护气体流量,电弧温度略微升高,形态收缩,辐射能加剧。三种焊接参数对电弧影响程度依次减弱。

关键词：数值模拟电弧等离子体金属蒸汽辐射能 FLUENT软件

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光纤激光焊接金属蒸汽的定量表征实验研究

光纤激光焊接金属蒸汽的定量表征实验研究

作者：姜涛华中科技大学

学位级别：硕士

高功率光纤激光器以其稳定性好，光束质量高，而且使用方法简便，可实现免维护，在汽车、船舶和航空制造等行业已经得到成功应用。在焊接领域，光纤激光器被认为是大熔深焊接最适当的热源之一。为了确保焊接接头的高性能、低缺陷、高可... 详细信息

高功率光纤激光器以其稳定性好，光束质量高，而且使用方法简便，可实现免维护，在汽车、船舶和航空制造等行业已经得到成功应用。在焊接领域，光纤激光器被认为是大熔深焊接最适当的热源之一。为了确保焊接接头的高性能、低缺陷、高可靠性和稳定性，保证焊接质量，必须要对光纤激光焊接机理进行完整、透彻的理解。因此，对光纤激光焊接金属蒸汽定量表征的研究十分必要。而且本文的研究有利于建立和验证激光焊接过程中瞬态阶段的小孔、熔池、金属蒸汽耦合模型。本文采用了高速摄像和激光焊接实时监测系统来采集金属蒸汽高速摄像图片和蓝紫光辐射信号。经过对金属蒸汽和蓝紫光辐射信号的研究，来分析各种不同工艺条件下金属蒸汽的几何特征行为和蓝紫光辐射信号变化。从而完成对金属蒸汽定量表征的研究。经过对金属蒸汽图像研究分析，结果表明金属蒸汽的形态在焊接瞬态阶段明显大于准稳态阶段。金属蒸汽的喷出角度会在焊接开始短时间内由垂直喷出偏转一定角度喷出。偏转的喷出角度会随着侧吹气流量加大和焊接速度提高而增大，与焊接功率没有明显关系。金属蒸汽面积会在焊接瞬态阶段有个峰值，之后减小并随时间周期性波动。金属蒸汽面积会随着焊接功率的增加和焊接速度的降低而增加，而且不受侧吹气流量明显影响。经过对蓝紫光信号研究分析，结果表明蓝紫光信号在焊接瞬态阶段也会有个峰值，之后信号幅值减小并随时间周期性波动。侧吹气流量在合适范围内并没有对蓝紫光辐射信号强度有明显影响，真正决定金属蒸汽蓝紫光辐射信号强度的是焊接速度和焊接功率。蓝紫光辐射信号在一定条件下是随着线性能量增大而增加的。这些与金属蒸汽面积变化相吻合，说明蓝紫光信号可以用来表征金属蒸汽。

关键词：光纤激光焊接金属蒸汽蓝紫光信号定量表征

大功率盘形激光焊金属蒸汽和飞溅图像特征识别

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大功率盘形激光焊金属蒸汽和飞溅图像特征识别

作者：文茜广东工业大学

学位级别：硕士

激光焊接技术是21世纪一种重要的焊接零件加工方式。激光的能量高度集中,对金属快速加热并加工后,金属能快速冷却,具有热变形小,热影响区小的特点。它能够焊接难熔、难焊的金属,如钛合金、铝合金等。此外,激光焊接过程对环境没有污染,... 详细信息

激光焊接技术是21世纪一种重要的焊接零件加工方式。激光的能量高度集中,对金属快速加热并加工后,金属能快速冷却,具有热变形小,热影响区小的特点。它能够焊接难熔、难焊的金属,如钛合金、铝合金等。此外,激光焊接过程对环境没有污染,技术简便。因此,激光焊接技术的应用越来越广泛,在电子、国防、仪表、电池等工业领域,医疗仪器以及许多行业中均得到了广泛应用。大功率盘形激光焊接是当前先进的激光焊接技术之一,具有功率密度高、光束质量优良、大深宽比和极高的激光利用率等优点。金属蒸汽和飞溅是大功率盘形激光焊接过程中产生的一种重要现象,其与焊接质量以及焊接过程的稳定性等有着密切联系,研究金属蒸汽和飞溅图像的识别技术对提高焊接质量具有重要意义,是实现焊接过程在线监控的重要基础之一。试验以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象,在紫外波段和可见光波段应用高速摄像机摄取焊接过程中产生的金属蒸汽和飞溅的瞬态特征,运用中值滤波、维纳滤波、亮度变换、阈值分割、边缘检测等图像处理技术对金属蒸汽和飞溅图像进行预处理,定义并提取金属蒸汽的质心与焊接点连线与水平轴夹角的正切值（＜90°）、金属蒸汽最高点的横坐标、金属蒸汽的密集度、金属蒸汽质心的极坐标（极角和矢径）、飞溅的数量和面积、飞溅灰度图像的平均灰度和熵9个特征参数,探索焊接过程金属蒸汽和飞溅特征参数变化规律与焊接质量之间的联系。各选取7个不同的特征参数组成特征向量,分别应用主成分分析法和K-L变换法进行特征变换。以焊缝宽度作为衡量焊接质量与焊接过程稳定性的因素,并根据实际缝宽将金属蒸汽和飞溅图像分成焊接质量好的和焊接质量差的两类,运用k近邻法对图像进行自动识别分类,建立金属蒸汽和飞溅图像特征与焊接质量之间的识别模型。试验结果表明,金属蒸汽和飞溅图像特征参数的变化能很好地反映大功率盘形激光焊焊接过程,分别应用主成分分析法和K-L变换法对原始特征进行特征变换,并运用k近邻法对金属蒸汽和飞溅图像进行分类,可以获得较好的识别效果,为实现焊接质量的实时监控提供了理论和试验依据。

关键词：大功率盘形激光焊接金属蒸汽飞溅主成分分析 K-L变换 k近邻法