CO_2激光焊接TC4熔池红外光辐射信号与焊接参数的关系

利用CCD摄像机以及红外光辐射信号监测系统系统地研究了钛合金TC4激光焊接过程中红外光辐射信号的特征以及焊接线能量与熔池红外光辐射信号熔池面积的关系。研究表明,(1)对应整条焊缝,红外光辐射信号可明显分为3个阶段,分别对应焊接起始阶段、准稳态阶段及焊接收弧阶段(;2)当线能量增加(功率不变焊接速度降低)时,熔池面积变大,红外光辐射信号相对强度随之增强;(3)熔池面积与红外光辐射信号相对强度之间存在相同的变化规律,因此利用红外光辐射信号可以相当准确地监测焊接过程的熔池面积变化,进而监测焊接过程的稳定性。     

粉末床激光成形熔池辐射强度信号的机器学习

粉末床熔融成形（PBF）的过程监测和质量识别是保障其制造质量的关键技术。在监测信号中,熔池辐射强度信号蕴含了丰富的熔池特征信息,但监测信号与材料科学现象的直接联系尚不明确,适合利用机器学习算法开展深入研究。首先,通过设置不同的工艺参数（部分偏离工艺窗口）实施316L不锈钢成形实验,成形过程中采集熔池辐射强度信号。然后,通过数据分割、特征提取和特征选择对信号数据进行预处理,构建了用于机器学习的数据集。最后,使用21种不同的机器学习算法,一是将熔池辐射强度数据按照工艺参数（如激光功率高、中、低）进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别异常（辐射强度异常、代表激光功率和扫描速度偏离最佳状态）;二是将熔池辐射强度数据按最终成形块体的质量（密度、表面粗糙度）进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别质量。结果表明：对于熔池辐射强度的异常识别,二次支持向量机算法的分类效果最好,准确度达到96.4%以上;对于密度和表面粗糙度预测,由于样件质量与数据样本之间的复杂关系,预测结果呈现不同的分布情况,但预测准确度均达96.0%以上。     

基于形态学算法的2219铝合金钨极氦弧焊熔池图像特征提取

根据2219铝合金氦弧焊特点,构建了焊接过程实时视觉传感系统,获取了熔池清晰图像;为获得2219铝合金氦弧焊熔池尺寸参数,实现对熔池特征的分析,采用了形态学算法,提取了典型熔池图像边缘形状,并获得了熔池宽度特征尺寸;通过试验验证,提取的熔池图像宽度特征能够准确反映出熔池尺寸信息及变化趋势。研究结果表明:形态学算法准确度高、计算速度快,满足2219铝合金氦弧焊熔池图像实时处理需求,不同阈值及结构元素对图像特征提取效果均会产生较大影响,研究阈值自适应算法,可以满足工程上焊缝熔池特征实时视觉监测的复杂需求。     

电子束熔丝增材制造过程在线监测技术研究现状

综述了电子束熔丝增材制造过程在线监控的研究现状,集中讨论成形过程熔池形貌监测、成形过程温度场监测、流动场监测,着重介绍了对熔池形貌的在线监测,并展望了电子束熔丝增材制造过程在线监测未来可能的发展方向:(1)制造过程中电子、离子等信号的在线监测;(2)引入新的信号进行在线监测;(3)对每一层堆积体的质量和层高进行实时跟踪;(4)多信号协同在线监测。     

全红外光激发里德堡原子微波电场测量

基于高激发里德堡原子的微波电场测量技术与传统金属天线相比有诸多优越性,是未来微波电场高精度测量的重要方案之一。采用全红外光激发里德堡原子的方案不再依赖复杂而昂贵的短波长激光器,大大减小了激光器系统的体积与能耗。在三红外光级联激发里德堡铷原子的过程中,发现了中间态对应的双光梯形电磁诱导透明光学参数对三光激发里德堡态电磁诱导吸收峰信噪比具有重要影响,因此采用光失谐方法能很好地优化三光EIA光谱。利用微波场下的Autler-Townes分裂效应和标准天线方法对微波喇叭天线发射的微波电场实现精确的校准,并以此为基础通过超外差接收技术成功探测到本地场与信号场所形成的拍频信号,得到了拍频光电信号与信号场强度之间的线性关系。最终通过实验噪声基底的噪声功率谱得到三红外光里德堡铷原子微波测量的极限灵敏度为37.5(5.5) nV·■。采用三束红外光激发的方法为研制小型里德堡原子微波电场探测仪器奠定了物理基础。     

穿孔等离子弧焊尾焰电压的检测

提出了一种简便实用的尾焰电压检测方法,可直接测量建立于工件与测量板之间的尾焰电压信号。该信号能准确反映熔池小孔的状态。     

不锈钢等离子弧焊正面弧光传感熔池小孔特征行为的研究

研究了在不锈钢等离子弧焊过程中,熔池小孔的特征行为与正面弧光光谱辐射强度之间的关系,发现随着熔池小孔的特征变化,正面弧光光谱辐射强度具有类似于负脉冲的显著跃变。     

一种基于广义回归神经网络的裂纹扩展定量监测模型

金属结构上裂纹的实时监测对飞行器损伤容限/疲劳试验、飞机定寿，以及保证服役过程中的安全性和可靠性、安排检修等任务具有重要意义。为实时监测金属结构疲劳裂纹的扩展过程，本文通过广义回归神经网络方法研究了提取自导波信号的多维损伤特征参量同裂纹长度之间的定量关系。结果表明，导波信号随着裂纹长度的变化存在规律性变化，损伤特征参量与裂纹长度存在一定的非线性相关性；多维损伤特征参量可实现较为准确的裂纹定量监测。可见广义回归神经网络可用于建立准确度较高的导波结构裂纹定量监测模型。     

层状金属复合材料激光穿透共熔池焊接研究

介绍了一种适用于层状金属复合材料的高效连接技术。在激光穿透焊接时,熔池中液态金属会受到横向温度梯度引起的表面张力和穿透匙孔中喷射蒸汽摩擦力的共同作用而产生上下两个相对独立的涡流,这一现象会使熔池中上部和下部金属保持相对独立,从而促成焊缝金属的上下层状分布特征,利用这一现象,提出了层状金属复合材料的单道激光穿透共熔池高效焊接技术。利用该技术,成功实现了X65/DSS2205双金属层状复合材料的对接焊,焊接接头组织和成分分析结果表明,焊缝组织上部和下部具有明显的差异性和独立特征,焊缝上下部的合金元素发生了相对较小的流动交换,优化的工艺条件可使复层焊缝金属的稀释率小于3%,使得复合板上层焊缝和下层焊缝金属达到了最大的相对独立性。     

周期矩形脉冲信号强度校准方法的研究

脉冲信号强度是信号脉冲响应、电磁波测量中的关键指标。基于脉冲信号接收机和数字示波器工作原理,通过周期脉冲信号傅里叶变换这一理论基础,建立周期矩形脉冲信号强度校准数学模型。采用数字示波器测量周期矩形脉冲幅度、脉冲宽度等,对校准测试数据进行分析,证明用数字示波器建立周期矩形脉冲信号强度校准系统的科学性和有效性。