1 武汉大学工业科学研究院，湖北 武汉 430072
2 上海航天精密机械研究所，上海 201600
3 湖北省计量测试技术研究院，湖北 武汉 430223
铝合金薄板激光焊接经常会出现咬边、凹陷等表面缺陷。这两种缺陷由于尺寸小、特征相似，难以通过传统视觉在线检测手段对其进行精确分类和测量。开发了一种基于深度学习缺陷分类-点云测量的在线监测系统，利用高密度的点云数据对缺陷进行识别、分类与测量，解决了上述检测难题。通过双目结构光传感器采集点云数据；利用基于区域推荐网络的卷积神经网络模型识别和定位缺陷；在识别和定位缺陷后，通过对局部缺陷区域的点云进行操作，快速测量缺陷尺寸。高密度点云数据训练的模型的识别准确率达到93%，高于传统二维视觉传感器图像训练的模型。该检测系统在线检测允许的最大焊接速度为316.87 mm/s，适用于大多数激光焊接。
激光技术 激光焊接 焊接缺陷 实时检测 高密度点云数据 深度学习
1 上海杭和智能科技有限公司, 上海 201100
2 上海航天精密机械研究所, 上海 201600
采用一维振荡激光对3 mm厚5A06铝合金锁底接头进行焊接, 分析振荡幅度、振荡频率、焊接速度以及离焦量对焊缝气孔率的影响。结果表明, 随着振荡幅度和离焦量的增大, 气孔率明显降低; 随着振荡频率的增大, 气孔率先降低后升高, 最佳振荡频率区间为150~250 Hz; 随着焊接速度增大, 气孔率先升高后降低; 气孔率与深宽比大致成指数式增长关系, 深宽比小于1.5时, 可将气孔率控制在5%以内。在此基础上, 得到优化工艺参数, 焊接产品模拟件, 焊缝气孔率满足相关标准Ⅰ级要求。
铝合金 锁底接头 振荡激光焊接 气孔率 匙孔 aluminum alloy bottom-locking joint beam weaving laser welding porosity rate keyhole
华北电力大学 电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
介电常数是表征材料介电特性的物理量, 随着微波电介质在航空器、船舶及车辆和通信等领域的广泛应用, 介电常数的精确测量成为人们研究的一个重要内容。为了提高介电常数的测量精度, 文章首先提出一种加载六边形互补开口谐振环(CSRR)的微波无损平面传感器。将六边形CSRR微带谐振器与传统的四边形CSRR微带谐振器进行对比, 分析结果表明, 六边形CSRR较四边形CSRR微带谐振器具有较高的灵敏度, 且品质因数也有一定的提高。然后, 研究了六边形CSRR微带谐振器谐振频率的变化与介电常数的相互作用规律, 仿真结果表明, 当待测样品的介电常数变大时, 其谐振频率变小, 且谐振频率的负二次方与介电常数呈线性关系; 将仿真数据进行数据拟合得到介电常数与谐振频率之间的解析式, 验证了通过测量加载待测样品时传感器的谐振频率实现对待测样品介电常数测量的可能性, 对以后的工程设计具有重要的参考价值。
介电常数 六边形CSRR 微扰法 谐振频率 dielectric constant hexagonal CSRR perturbation method resonant frequency
采用碟片激光对3 mm厚TC4钛合金锁底接头进行焊接, 通过分析气孔特征, 判断了气孔类型, 研究了脉冲激光焊、激光热导焊、激光散焦-高速焊三种方法对气孔的抑制效果。结果表明, 锁底接头焊缝中心存在大量气孔缺陷, 气孔形状不规则、尺寸较大、孔壁表面粗糙, 主要为小孔型气孔。采用脉冲激光焊, 在较低的焊接速度和合适的脉冲频率下, 可以将气孔率降至0.5%～1%; 采用激光热导焊, 焊接速度0.4 m/min, 离焦量＋15 mm, 气孔率为0%, 但焊接变形较大、易出现未焊透; 采用激光散焦-高速焊, 随着焊接速度和离焦量的增大, 气孔率明显减小, 焊接速度2～3 m/min, 离焦量＋5～＋7 mm, 气孔率在0%～0.5%, 气孔抑制的效果显著且稳定。
钛合金 锁底接头 激光焊接 气孔 匙孔 titanium bottom-locking joint laser welding porosity keyhole
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 上海航天精密机械研究所, 上海 201600
设计了四种不同形状的焊点并进行TC4钛合金搭接接头激光非穿透焊工艺试验。研究了不同焊点的抗剪性能差异，分析了典型焊点的断裂行为及其原因。结果表明，焊点的抗剪载荷与熔合面面积有关；双排断续焊点在同等的熔合面面积下具有最大的抗剪载荷；焊点的断裂方式有界面断裂和横截面断裂两种；相对于双排断续焊点，C形焊点焊后残余应力的存在使得端点处应力集中进而降低了接头静载性能。
激光技术 TC4钛合金 激光非穿透点焊 抗剪性能 中国激光
2013, 40(12): 1203002
1 上海航天精密机械研究所, 上海 201600
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
以7 mm厚30CrMnSi钢为研究对象, 进行了光纤激光-GMA复合焊接对接焊缝的工艺试验研究。结果表明, 采用单层焊时易产生裂纹, 采用双层焊且打底层、填充层均采用激光-GMA复合焊接时可获得成形良好的焊缝。打底层焊接时, 光丝间距DLA＝3～4 mm, 装配间隙在0.2～1.2 mm, 能量配比在0.83～1.33, 线能量在3.38×105～4.26×105 J/m可以获得良好成形的焊缝。填充层焊接时能量配比在0.15～0.18, 线能量在4.95×105～9.12×105 J/m可获得成形良好的焊缝。
光纤激光-GMA复合焊接 30CrMnSi钢 焊缝成形 力学性能 fiber laser-GMA hybrid weld 30CrMnSi steel weld appearance mechanical properties
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 华中科技大学材料学院, 湖北 武汉 430074
3 中国石油天然气管道科学研究院, 河北 廊坊 065000
采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6 mm厚根部的打底焊接，以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上，重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明，在优化的工艺参数范围内，可获得成形良好、无缺陷的焊缝；焊缝截面呈高脚杯状，可分为电弧作用区和激光作用区；电弧作用区的硬度高于激光作用区；拉伸试样断裂于母材；电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体，激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体)；激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大，但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。
激光技术 复合焊接 微观组织 针状铁素体 X80管线钢
华中科技大学 材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
相对于当前的厚板焊接方法, 激光-电弧复合焊接有很多优点。为了使激光-电弧复合焊接技术应用于厚板焊接, 本文采用4 KW光纤激光器针对16 mm厚低碳钢板进行激光-电弧复合焊接打底焊接工艺研究, 探究了坡口尺寸、电流值、速度等规范参数对激光-电弧打底焊接稳定性的影响, 通过金相观查焊缝横截面形貌。结果表明: 坡口尺寸、电流以及焊接速度是影响激光-电弧复合焊接过程稳定性的主要工艺规范。通过电弧电流等工艺规范的匹配, 激光-电弧复合焊实现5 mm钝边, 12 °类Y型坡口的熔透打底焊接。
激光-电弧复合焊 窄间隙 打底焊 焊接稳定性 laser/arc welding narrow gap bottom welding welding stability
