1 苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215021
2 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应，采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响；借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积过渡阶段机理；通过数学模型计算与实验验证的方式研究了熔丝沉积动态过程与工艺参数之间的关系。结果表明：较小的基板受辐照比值会引起“液滴”过渡熔丝行为，即处于稳定与不稳定的临界状态；而基板受辐照比值较大时会引起“液桥”过渡熔丝行为，即处于一个相对稳定的状态。本研究对激光熔丝沉积的动力学稳态性分析具有一定的指导意义。
激光光学 激光熔化沉积 光内同轴送丝 基板受辐照比值 过程稳定性 高速摄像
西南交通大学材料科学与工程学院，四川 成都 610031
在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统，该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号，并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理，然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化，接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉，最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理，获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比，可知所设计系统的计算准确度为96.5%。
激光技术 激光-MIG复合焊接 监测系统 等离子体高速摄像照片 形态学滤波器 图像处理 激光在等离子中的传输距离
1 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300350
2 天津大学天津市现代连接技术重点实验室, 天津 300350
对药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造电弧特性展开研究。 利用高速摄像拍摄不同熔敷层脉冲电流条件下的电弧与熔滴过渡图片, 对高速摄像图片进行分析, 发现焊丝熔化过程存在“滞熔”现象, 导致熔滴过渡存在渣桥过渡与液桥过渡两种接触过渡方式, 在脉冲峰值电流较小的50/100 A电流参数下, 出现熔滴断续的渣桥过渡的频率最高。 熔滴过渡影响电弧温度场与药粉成分在电弧中的分布, 利用光谱诊断分析熔敷过程中在不同脉冲峰值电流与脉冲基值电流条件下电弧温度场及药粉成分在电弧中的分布。 利用点阵法测量得到各点光谱数据, 根据Boltzmann图法计算各点温度, 将各点温度拟合得到完整电弧温度场, 结果表明, 焊丝从钨极轴线前(左)侧送入, 吸收电弧热量并且对电弧有扰动作用, 电弧前侧温度低于电弧后(右)侧, 电弧前侧尺寸稍小于后侧; 随着熔敷层数增加, 降低峰值电流, 电弧收缩, 高温区面积相对减小, 低温区面积相对增大。 电弧最高温度区域出现在钨极下方1~2 mm的范围, 大约为13 000~15 000 K, 脉冲峰值电流越大则最高温度区域面积越大。 在脉冲基值电流时期, 由于电流小, 电弧面积相比于峰值时期要小得多, 焊丝与电弧相互作用减弱, 电弧温度场基本关于钨极轴线对称分布。 选择药芯焊丝中特有的Na元素的NaⅠ589.6 nm谱线对其分布点进行标记, 拟合绘出不同脉冲峰值电流与基值电流下药粉元素在电弧中的分布情况, 结果表明, 电流越小, 药粉运动高度越低, 在不同的脉冲峰值电流下药粉均没有沾染到钨极上, 在不同的脉冲峰值电流与脉冲基值电流下 Na元素均偏电弧后侧分布, 说明焊丝自电弧前侧送入熔池后, 在电弧前侧的电弧中没有出现药粉强烈的喷发现象, 而是进入熔池进行冶金反应。 接触过渡解决了碱性焊丝工艺性差的问题, 电弧较为稳定, 避免药粉喷发损伤钨极, 熔敷过程稳定进行。
药芯焊丝 脉冲TIG增材制造 光谱诊断 高速摄像 电弧特性 Flux-cored wire Pulsed TIG additive manufacturing Spectral diagnosis High speed imaging Arc characteristic 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2397
1 邯郸学院 数理学院, 河北 邯郸 056005
2 河北大学 物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
在氩气柱垂直撞击介质的系统中, 随峰值电压的增加, 在介质靶上依次产生弥散点、单环和同心三环沿面放电斑图。在这些斑图的演变过程中, 每一个电压周期内, 正放电数增加, 负放电数保持一个。利用高速摄像研究斑图的形成机制, 结果表明, 每种斑图正负放电都是流光机制,正负沿面放电在时间上叠加形成各种斑图; 在每一个电压周期内, 第一个正流光形成斑图的中心点, 最后一个正流光形成斑图的弥散背景, 其他正流光形成斑图的环; 每种斑图对应的负流光总是弥散的。通过分析外加电场、残余电荷和空气扩散的影响, 定性地讨论了正流光的传播特性。
等离子体 射流 高速摄像 斑图 流光 沿面放电 plasma jet fast photography patterns streamers surface discharge
1 长春理工大学 机电工程学院, 长春 130022
2 长春理工大学 激光加工吉林省高等学校工程研究中心, 长春 130022
3 长春理工大学 国家国际科技合作基地（光学）, 长春130022
为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响,获得稳定过渡模式,借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为,并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明,离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性,获得的焊缝质量良好,焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡,此时焊接稳定性最差,焊接过程中匙孔会完全闭合,焊缝表面成形不规则,焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。
激光技术 离焦量 激光填丝焊 熔滴过渡 高速摄像 laser technique defocus laser welding with filler wire droplet transfer high speed camera
1 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海航天动力技术研究所, 上海 201109
通过激光-CMT复合焊试验, 研究了激光波长对熔滴过渡行为的影响。结果表明, 激光通过改变熔池形态和加热焊丝影响了熔滴过渡过程, 激光-CMT复合焊过程比CMT焊接过程稳定。CO2激光对熔滴体积的影响较大, 当CO2激光功率较小时, 激光可以促进熔滴过渡; 当CO2激光功率增大后激光会阻碍熔滴过渡。光纤激光对焊丝加热的作用较小, 但可以增大熔滴过渡频率。CO2激光和光纤激光等离子体温度均随激光功率的增大而升高, 但CO2激光等离子体呈团状喷发, 而光纤激光等离子体几乎不喷发。
激光技术 熔滴过渡 高速摄像 等离子体 中国激光
2018, 45(10): 1002006
中国飞行试验研究院测试所,陕西 西安 710089
针对某型飞机飞行试验中,无法采用常规机载影像测量方法精确计算飞机滑跑过程偏心定位距的问题,设计了一套基于地面多像机视场拼接的影像测量方案。通过在跑道边多点交错布设高速像机阵列,组成高速像机测量控制网,实现飞机滑跑过程影像的全覆盖；采用多摄像机交会接力测量以及数据拼接的方式,实现飞机偏心定位距的测量。实验仿真结果表明,采用该方案偏心定位距最大测量误差不大于3 cm,满足飞行试验精度要求。
飞行试验 影像测量 高速摄像机 视场拼接 偏心定位距 fight test image measurement high-speed camera field stitching eccentric positioning distance
1 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300350
2 天津大学天津市现代连接技术重点实验室, 天津 300350
利用无源电探针检测装置, 对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行了检测, 并且同步触发高速摄像装置, 对等离子体的形态进行记录。对等离子体高速摄像图片与电信号进行了时域对比分析, 发现电信号电压波动特征与等离子体形态波动特征吻合较好。对一定时间长度内的电信号进行功率谱密度(PSD)分析, 发现电信号PSD图中特征峰值对应的频率与等离子体形态波动频率基本一致。结果表明, 等离子体的形态波动、电信号的波动特征与小孔的行为具有很强的关联性。这种波动特征受到焊接参数的影响, 波动频率随着激光热输入的增大而减小。
激光技术 激光焊接 电信号 高速摄像 等离子体 功率谱密度
1 华北水利水电大学机械学院， 河南 郑州 450045
2 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室， 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了基于电弧预熔丝的激光焊方法，研究了入射能量对焊丝熔化状态以及焊缝成形的影响，进一步对焊接过程的工艺适应性进行了分析。结果表明，当焊接电流较小时，焊丝能稳定地熔化、填充进熔池中，增大焊接电流有利于增加焊丝前端的熔化长度；增加激光功率对焊丝熔化量无影响。电弧预熔丝激光焊方法可降低焊缝气孔率，对装配间隙具有很好的适应性。
激光技术 激光焊接 电弧预熔丝 铝合金 高速摄像 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061404
