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基于熔池图像分析的焊接偏差测定方法
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作者 王中任 夏海 +4 位作者 马晓锋 张文 陈科鹏 赵荣丽 史铁林 《焊接学报》 北大核心 2025年第8期104-114,共11页
在进行全位置管道熔化极气体保护焊焊接过程中,管道不同方位角对熔池形态有不同的影响,而熔池拖尾角度与焊接偏差有密切关系,焊接偏差影响焊接质量,设计基于熔池图像分析的焊接偏差测定方法.首先,经拍摄得到熔池图像后,进行灰度化和图... 在进行全位置管道熔化极气体保护焊焊接过程中,管道不同方位角对熔池形态有不同的影响,而熔池拖尾角度与焊接偏差有密切关系,焊接偏差影响焊接质量,设计基于熔池图像分析的焊接偏差测定方法.首先,经拍摄得到熔池图像后,进行灰度化和图像增强,使用GR显著性监测分割熔池区域,然后利用Otsu阈值提取熔池,检测熔池边缘并分割轮廓,通过平直度提取熔池拖尾采样点,再利用梯度下降法对熔池拖尾轮廓进行线性拟合,最终求得熔池拖尾角度.为研究熔池拖尾角度与焊接偏差的关系,采用线性回归的方法设计试验,得到可预测熔池拖尾角度和焊接偏差的线性回归数学模型.结果表明,预测焊接偏差量与真实焊接偏差量的误差在0.2 mm以内,验证该模型的有效性.提前预知焊接偏差并实时纠偏对于保证焊接质量具有重要的意义. 展开更多
关键词 焊接偏差 图像处理 熔池拖尾角度 线性回归 熔化极气体保护焊
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基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟
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作者 申俊琦 张帆 +1 位作者 胡绳荪 耿辉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期147-156,共10页
针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验... 针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形. 展开更多
关键词 动网格 电弧增材制造 熔滴过渡 熔池流动 数值模拟
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能量密度对于选区激光熔化成型Ti6Al4V合金缺陷特征的影响
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作者 陈东菊 高超 +3 位作者 范晋伟 潘日 孙锟 郑宸 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第3期267-277,共11页
激光选区熔化技术(SLM)的成型质量受各种因素影响,其中,工艺参数对成型件的冶金缺陷影响最为显著,而熔池特性的研究则是判断激光增材制造成型质量的有力手段。本文建立SLM成型Ti6Al4V粉体3维瞬态热流场数值模型,利用优化后的数值模型分... 激光选区熔化技术(SLM)的成型质量受各种因素影响,其中,工艺参数对成型件的冶金缺陷影响最为显著,而熔池特性的研究则是判断激光增材制造成型质量的有力手段。本文建立SLM成型Ti6Al4V粉体3维瞬态热流场数值模型,利用优化后的数值模型分析熔池的动态演变机制,并在计算流体动力学中利用无量纲数定量描述工艺参数固定情况下熔池的动态演化,结合数值模拟和仿真实验分析球化、孔洞、黏粉和飞溅等缺陷形成机理,探究线能量密度和体能量密度对成型缺陷的影响规律,揭示SLM成型件冶金缺陷的形成机理与抑制方法,并提出一种“工艺参数-熔池特征-成型质量”一体化的方法预测成型质量。此外,本文还分析Ti6Al4V的加工工艺参数与熔池特征和增材制造成型质量的影响关系,包括关键加工参数对熔池热流场的影响,通过结果对比来探究工艺参数对加工质量的影响规律,为优化加工参数提供指导作用,节省大量的时间和成本。结果表明:熔池的主要传热方式为热对流,熔池演变的主要驱动力是蒸发反冲压力、表面张力和马兰戈尼剪切力。随着能量密度的降低,熔池流动性减弱,熔池尺寸表现出一定的规律性。熔融金属在表面张力的驱动下,往往会降低表面能凝固成球状,导致逐层成型后块体内部形成大量孔洞缺陷,严重影响试样的力学性能。因此,为获得力学性能良好的试样,必须精确控制能量密度,防止熔池流动性变化导致内部孔洞缺陷的形成。 展开更多
关键词 选区激光熔化 熔池 TI6AL4V 加工缺陷 工艺参数
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镁合金在冷金属过渡电弧增材制造成形过程中的数值模拟
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作者 王天琪 靖雯 何俊杰 《天津工业大学学报》 北大核心 2025年第1期83-90,共8页
针对镁合金在冷金属过渡(CMT)电弧增材制造成形过程中熔池精度难于控制、结构件成形质量差等问题,建立了三维瞬态数值模型,研究了增材过程中的熔池流动及传热过程。引入周期性系数加入双椭圆热源中,得到了更加符合实际CMT焊接过程的热... 针对镁合金在冷金属过渡(CMT)电弧增材制造成形过程中熔池精度难于控制、结构件成形质量差等问题,建立了三维瞬态数值模型,研究了增材过程中的熔池流动及传热过程。引入周期性系数加入双椭圆热源中,得到了更加符合实际CMT焊接过程的热源模型,并利用连续表面力思想将其转化为体热源加载在相界面;预测了焊缝和熔池的形状和尺寸,并与试验结果进行了比较;计算了同一焊接速度下不同焊接电流对焊缝成形的影响。结果表明:熔池内部主要受马兰戈尼力影响在熔池后方产生逆时针流动;将模拟结果与试验进行对比发现,焊接电流为129 A时熔宽误差约为1.13%,余高误差约为5.49%,熔深误差约为5.03%,验证了模型的准确性;相同焊接速度下,随着焊接电流的增大,焊缝宽高比以及熔深均增加。 展开更多
关键词 镁合金 冷金属过渡 熔池 焊缝成形 增材制造
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激光熔覆316L的熔池温度场有限元仿真研究
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作者 陶林 韩凤兵 +1 位作者 温雪龙 赵元 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期140-145,150,共7页
这里建立了激光熔覆仿真模型,利用“生死单元”法,对送粉式激光熔覆过程中的温度场变化进行仿真分析,研究激光熔覆过程中的温度变化规律,对比分析正交实验所得熔深数据与激光熔覆温度场仿真结果。实验结果表明:熔覆初始阶段,热影响区小... 这里建立了激光熔覆仿真模型,利用“生死单元”法,对送粉式激光熔覆过程中的温度场变化进行仿真分析,研究激光熔覆过程中的温度变化规律,对比分析正交实验所得熔深数据与激光熔覆温度场仿真结果。实验结果表明:熔覆初始阶段,热影响区小且温度偏低,随后过渡到熔池状态相对平稳的时期。此时,熔池前端的等温线分布紧密而尾部分布疏散,相应的温度梯度也逐渐降低。伴随熔覆层数递增,温度呈直线上升态势,热影响区域持续拓展,熔池的规模也不断变大,与实际熔覆过程相符,证明了该仿真模型的有效性与可靠性。为激光熔覆技术制备316L提供可靠依据。 展开更多
关键词 激光熔覆 温度场 熔池 有限元仿真
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底吹对环缝-孔氧枪炼钢转炉混匀效率影响的数值模拟
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作者 李超 闫浩炜 +4 位作者 田勇 于海岐 郭鹏越 安希忠 张浩 《钢铁》 北大核心 2025年第7期242-250,共9页
采用数值模拟方法系统研究了新型“环缝-孔”氧枪在顶底复吹转炉中的熔池混合效率及流场动力学特性。重点探讨了底吹气泡羽流与顶吹射流的相互作用机制及其对熔池流动和混合行为的影响。研究结果表明,与传统氧枪相比,新型氧枪设计有效... 采用数值模拟方法系统研究了新型“环缝-孔”氧枪在顶底复吹转炉中的熔池混合效率及流场动力学特性。重点探讨了底吹气泡羽流与顶吹射流的相互作用机制及其对熔池流动和混合行为的影响。研究结果表明,与传统氧枪相比,新型氧枪设计有效解决了熔池中心区域的低速死区问题。在顶底复吹协同作用下,熔池流动速率显著提高,物质传递效率得到明显改善。研究发现,底吹工艺参数对熔池流场具有重要调控作用。当底吹速度由8 m/s增加至20 m/s时,熔池湍流强度增强,涡流中心逐渐向外迁移。此外,底吹气泡羽流与顶吹射流之间的相互作用会改变射流的冲击面积和穿透深度,进而优化熔池流场分布,提高混合效率。在顶吹流量比为全喷嘴顶吹、1∶24及1∶17时,随着底吹速度的增加,混匀时间逐渐减小。然而,当顶吹流量比为1∶12时,底吹气泡羽流与汇聚射流之间的干涉会导致动能耗散,反而削弱搅拌效率的提升效果。基于上述研究,优化氧枪结构及顶底复吹工艺参数可有效提升熔池混合效率,降低能耗与碳排放,实现冶金过程的降本增效。该研究有助于推动钢铁行业技术创新,提升生产效率和产品质量,为实现钢铁行业的可持续发展提供有力支持,同时为钢铁行业实施极致能效工程、探索绿色低碳转型路径提供了重要的理论支撑和技术指导。 展开更多
关键词 顶底复吹转炉 “环缝-孔”氧枪 混匀效率 数值模拟 氧枪射流 多相流模型 底吹强度 熔池流动特性
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TU2无氧铜的真空电子束焊接性能的有限元数值模拟分析
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作者 尹中会 王慧纯 +2 位作者 王少秋 马建国 刘振飞 《矿冶工程》 北大核心 2025年第4期180-185,共6页
为了在保证焊接接头质量的同时降低焊接能量消耗,通过SYSWELD仿真软件对TU2无氧铜电子束焊接时的焊接工艺参数进行优化。建立了30 mm厚TU2无氧铜板焊接模型与边界条件,根据电子束焊接的实际情况确定热源模型,改变焊接过程中能量消耗数... 为了在保证焊接接头质量的同时降低焊接能量消耗,通过SYSWELD仿真软件对TU2无氧铜电子束焊接时的焊接工艺参数进行优化。建立了30 mm厚TU2无氧铜板焊接模型与边界条件,根据电子束焊接的实际情况确定热源模型,改变焊接过程中能量消耗数值进行焊接仿真分析,并与实际焊接结果进行对比验证。结果表明,当双椭球热源能量输入为1260 J/mm、3D高斯热源能量输入为5000 J/mm时,不仅能保证铜板焊透,而且焊接消耗能量低,仿真得到的焊接熔池形貌和实际焊接结果基本一致,证明仿真设定的焊接参数在TU2焊接中的可行性,可为TU2焊接工艺参数优化提供依据。 展开更多
关键词 TU2 无氧铜 焊接 电子束焊接 焊接熔池 温度场 应力场 仿真分析
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熔滴复合电弧增材制造中熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响
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作者 杜军 崔骜 +1 位作者 李志强 万志豪 《航空学报》 北大核心 2025年第17期325-335,共11页
在熔滴复合电弧增材制造中,连续可控的单分散熔滴流与倾斜钨极惰性气体(TIG)电弧熔池的交互作用决定了堆积层表面形貌、内部组织和制造缺陷等。为探明熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响规律,基于计算流体力学(CFD)方法构建了熔滴复合电弧... 在熔滴复合电弧增材制造中,连续可控的单分散熔滴流与倾斜钨极惰性气体(TIG)电弧熔池的交互作用决定了堆积层表面形貌、内部组织和制造缺陷等。为探明熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响规律,基于计算流体力学(CFD)方法构建了熔滴复合电弧增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型,与单道单层堆积成形实验结果相结合,比较性地分析了两种典型熔滴过渡模式下的熔滴冲击、聚并、铺展、凝固全过程。研究结果表明,当熔滴由低频大滴模式过渡至高频小滴模式时,熔滴与TIG电弧熔池的聚并行为由部分聚并转变为完全聚并,进而导致堆积层表面的“鱼鳞纹”结构特征明显减小。该研究对于进一步深入理解熔滴复合电弧增材制造机理、优化堆积工艺参数具有重要意义。 展开更多
关键词 熔滴复合电弧增材制造 熔池行为 熔滴过渡模式 聚并 堆积层表面形貌
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铝锰钪锆选区激光熔化成形过程介观尺度数值模拟
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作者 李新宇 周永铧 《中国机械工程》 北大核心 2025年第3期584-592,603,共10页
选区激光熔化(SLM)制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关,实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料,建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值模型,完成SLM单/双熔道成形实验并... 选区激光熔化(SLM)制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关,实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料,建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值模型,完成SLM单/双熔道成形实验并验证模型的准确性。借助数值模型研究SLM熔池演变的基本规律;研究在200~400 W的激光功率下,单熔道形貌、熔池温度与熔池尺寸等熔池特征随激光功率的变化规律,发现激光功率为360 W、扫描速度为1.0 m/s时,单熔道成形质量最好;研究在360 W的激光功率、1.0 m/s的扫描速度下,扫描间距为60μm、80μm和120μm时双熔道搭接行为、双熔道形貌演变规律,发现扫描间距为80μm时双熔道成形质量好,成形效率高;结合多熔道SLM成形实验筛选出合适的体积能量密度(VED),在107~139 J/mm~3的VED范围内,成形熔道连续、光滑。借助该模型可初步预测关键工艺参数,减少工艺参数优化成本。 展开更多
关键词 选区激光熔化 铝锰钪锆合金 体积能量密度 熔池
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High-Precision and Ultraspeed Monitoring of Melt-Pool Morphology in Laser-Directed Energy Deposition Using Deep Learning
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作者 Jiayu Yang Guan Liu +4 位作者 Wei Zhu Yingjie Zhang Wenbin Zhou Defu Liu Yongcheng Lin 《Additive Manufacturing Frontiers》 2025年第2期81-89,共9页
Laser-directed energy deposition(L-DED)is an advanced additive manufacturing technology primarily adopted in metal three-dimensional printing systems.The L-DED process is characterized by various defects,thus necessit... Laser-directed energy deposition(L-DED)is an advanced additive manufacturing technology primarily adopted in metal three-dimensional printing systems.The L-DED process is characterized by various defects,thus necessitating the extensive use of in-situ monitoring to enable real-time adjustments of process parameters by detecting molten-pool features.To address the challenge of accurately extracting the molten-pool morphology from an undetached spatter,an innovative monitoring method based on the U-Net(U-shaped network)is proposed herein.A lightweight architecture accelerates the processing speed,whereas an enhanced loss function incorporating weight maps augments the segmentation precision.The model performance is evaluated by comparing its segmentation accuracy and processing speed with those of the conventional U-Net,using the mean intersection over union(MIoU)as the segmentation metric.The improved model demonstrates superior segmentation accuracy at the interface between the molten pool and spatter,with a peak MIoU of 0.9798 achieved on the test set.Furthermore,this model processes each image in an extremely short time of 17.9 ms.Using this segmentation algorithm,the error in extracting the molten-pool width from single-track experiments is within 0.1 mm.The proposed method for monitoring the molten-pool morphology is suitable for deployment in online monitoring systems,thus providing a foundation for subsequent process-parameter regulation. 展开更多
关键词 Laser-directed energy deposition molten-pool morphology Semantic segmentation Mean intersection over union(MIoU)
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亚音速气流下不同空间位置激光烧蚀行为 被引量:1
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作者 刘肖影 韦成华 +1 位作者 黄舒宇 芦凤桂 《焊接学报》 北大核心 2025年第5期10-18,共9页
为研究激光烧蚀过程中激光能量、表面气流、空间位置和金属材料之间的相互作用,提出了一个考虑亚音速切向气流和工件所处空间位置联合诱导熔体去除的流固耦合激光烧蚀模型,并通过与高速图像相比,验证了模型的合理性.在不同空间位置下,... 为研究激光烧蚀过程中激光能量、表面气流、空间位置和金属材料之间的相互作用,提出了一个考虑亚音速切向气流和工件所处空间位置联合诱导熔体去除的流固耦合激光烧蚀模型,并通过与高速图像相比,验证了模型的合理性.在不同空间位置下,研究了表面气流与大尺度熔池的相互作用过程及熔体的剥离行为.结果表明,在气流和所处空间位置的联合作用下,一方面熔体被推出熔池后形成倾斜液柱,液柱熔体被加速至1.6 m/s甚至更高,为剥离熔池提供了高动量,另一方面液柱被拉伸至仅0.45 mm厚,易于克服表面张力,进而导致熔体剥离熔池形成飞溅.调整金属所处的空间位置,使得从90°减小至30°,重力沿金属受激光辐照表面的分量随之减少,液柱中熔体的流动速度由1.6 m/s减慢至1.4 m/s,熔体剥离所形成熔坑的尺寸逐渐减小,熔池剥离程度和金属质量损失显著降低. 展开更多
关键词 激光烧蚀 亚音速切向气流 空间位置 大尺度熔池 剥离行为
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电弧炉复合喷吹对熔池流动及混匀行为的影响 被引量:1
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作者 李子豪 谢清华 +1 位作者 厉英 倪培远 《钢铁》 北大核心 2025年第6期77-86,169,共11页
在“双碳”背景下,短流程工艺因其具有碳排放低及资源循环利用优势,成为钢铁工业绿色转型的重要发展方向。电弧炉是短流程钢铁生产的关键设备之一,提高电弧炉冶炼效率对高效绿色炼钢至关重要。为提高熔池流动及混匀效率,研究了侧吹氧枪... 在“双碳”背景下,短流程工艺因其具有碳排放低及资源循环利用优势,成为钢铁工业绿色转型的重要发展方向。电弧炉是短流程钢铁生产的关键设备之一,提高电弧炉冶炼效率对高效绿色炼钢至关重要。为提高熔池流动及混匀效率,研究了侧吹氧枪旋流喷吹与底吹复合技术,考察了单一侧吹、单一底吹、侧吹+底吹、旋流侧吹+底吹对电弧炉冶炼过程多相流和混匀行为的影响。首先,以某厂75 t工业电弧炉为研究对象,按4∶1比例建立数值模型,利用水模型混匀时间测量数据来验证数值模型的可靠性;然后,基于已验证的数值模型和物理架构开展参数研究,对比分析不同喷吹模式下电弧炉流场、混匀时间和气泡分布行为等流场特征。结果表明,与单一底吹和单一侧吹相比,采用侧吹+底吹复合喷吹时,混匀时间分别缩短63.4%和11.2%,熔池平均速度分别提高25.0%和133.3%。使用旋流侧吹+底吹时,混匀时间较传统侧吹+底吹进一步缩短29.8%,熔池平均速度提升约86.7%,靠近偏心底部出钢(eccentric bottom tapping,EBT)区域流动死区面积大幅度减少。在旋流侧吹+底吹复合喷吹时,射流由侧吹氧枪喷入电弧炉并与流体产生动量交换,熔池内产生旋转流动,速度分布更加均匀,气泡受旋流的影响,气/液间相互作用范围增大,有利于发挥气泡对钢液的驱动作用,流体传质及混匀效率显著提高。研究对实际生产中电弧炉炼钢工艺优化有指导意义。 展开更多
关键词 电弧炉冶炼 侧吹 多相流行为 混匀时间 数值模拟 底吹 熔池平均速度 死区
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同步气体冷却下薄板激光熔覆数值模拟及实验研究 被引量:1
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作者 吴志鹏 乌日开西·艾依提 张宇涛 《表面技术》 北大核心 2025年第5期176-187,共12页
目的解决薄板在激光熔覆过程中产生复杂残余应力、变形及晶粒粗大等问题,提高熔覆层的质量和零件装配可靠性。方法提出一种液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源,综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、... 目的解决薄板在激光熔覆过程中产生复杂残余应力、变形及晶粒粗大等问题,提高熔覆层的质量和零件装配可靠性。方法提出一种液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源,综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、光粉相互影响、凝固过程中相变潜热的作用,建立同步气体冷却的激光熔覆三维数值模型,对不同冷却距离(d)下的瞬态温度场、熔池流场及应力演变过程进行数值计算。同时,利用热电偶对温度场分布进行验证,并采用扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪分析其显微组织及涂层的硬度。结果引入冷却氮气增强了熔池表面与外界环境之间的热交换,从而改善了熔池的温度分布,加快了熔池的冷却速度。常规激光熔覆和同步气体冷却激光熔覆的熔池流场变化趋势基本相同,呈现中心向四周流动,中心流速小,边缘流速大,熔池前方的流速大于熔池后方。当冷却距离为5mm时,基体横向最大残余应力由204 MPa降至181 MPa,熔覆层顶部残余应力从190 MPa降至172 MPa,界面结合区残余应力从234 MPa降至211MPa,基板两侧翘曲变形量减少了50%。当冷却距离为10mm时,涂层的晶粒组织明显细化,中部柱状晶的无序排列程度明显增大,涂层的显微硬度从348.2HV0.2提高到375HV0.2。结论该方法可以有效减小基体的残余应力和变形,为更好控制激光熔覆涂层的晶粒和微观组织提供了一种新方法。 展开更多
关键词 激光熔覆 同步气体冷却 残余应力 熔池流场 显微组织 数值模拟
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CuSn18Ti9合金超声辅助激光熔覆特性的仿真与实验研究
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作者 李亚敏 杨志波 +3 位作者 赵波 王蔚 郭强 张雁儒 《表面技术》 北大核心 2025年第7期162-179,共18页
目的采用超声辅助激光熔覆技术制备的CBN/CuSnTi砂轮中熔池温度场分布及其流场状态直接影响砂轮质量,揭示熔池温度场、流场对熔覆层形貌的影响机理,从而减少砂轮熔合不良、变形开裂、组织不均匀等缺陷。方法基于45号钢基体和CuSn18Ti9... 目的采用超声辅助激光熔覆技术制备的CBN/CuSnTi砂轮中熔池温度场分布及其流场状态直接影响砂轮质量,揭示熔池温度场、流场对熔覆层形貌的影响机理,从而减少砂轮熔合不良、变形开裂、组织不均匀等缺陷。方法基于45号钢基体和CuSn18Ti9结合剂的时变热物理属性,建立同轴送粉激光熔覆过程中温度场和流场的耦合仿真模型,考虑超声振动、环境温度和马兰戈尼效应的影响,并基于动网格法形成的温度场拟合熔池的形貌,研究同一工艺参数下单道单层熔覆过程中环境温度和超声振动对熔池温度场和流场的影响规律,以及熔覆过程中由熔池流场流体效应变化导致熔池温度场和形貌变化的规律。结果与基体室温、无超声作用相比,基体室温下的超声作用使得熔覆初期传导热通量减小了2.19%,熔池回流涡旋中心下移7.8%,熔覆层高、深、宽增幅依次为-1.67%、1.02%、9.69%;与基体预热573.15 K下无超声作用相比,基体预热573.15 K下的超声作用可使同一时刻温升梯度增幅下降3.92%,熔池回流涡旋中心下移11.96%,熔池最低流速增加1.49倍,熔池最高流速增加1.07倍,熔覆层高度、深度、宽度增幅依次为14.3%、14.8%、0.68%。结论在室温状态下(基体温度为298.15 K),超声对熔池流场、温度场和熔覆层形貌的影响不显著,基体预热和超声辅助均会对熔池温度场和流场产生影响,其中基体预热和超声的双重耦合作用的影响最为显著。 展开更多
关键词 CuSn18Ti9 超声振动 激光熔覆 熔池形貌 Marangoni惯性力
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同步辐射技术在熔池内部信息实时表征中的应用现状
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作者 徐斌 肖伯宇 +1 位作者 蒋凡 陈树君 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第11期1304-1316,共13页
同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势,为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。该文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态行为、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域... 同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势,为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。该文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态行为、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域的应用进展。研究表明,同步辐射技术可突破传统表征手段的时空分辨率与穿透深度限制,揭示熔池内部多物理场耦合机制及缺陷形成规律,为工艺参数优化与数值模型验证提供高精度实验基准。此外,人工智能与同步辐射技术的结合显著提升了数据解析效率。然而,现有技术仍面临时空分辨率不足、多模态协同性有限及全生命周期观测缺失等挑战。未来,第四代同步辐射光源的普及和多模态联用技术的开发以及人工智能的深度赋能将推动该技术向全周期、多尺度、高保真方向发展,为熔焊与金属增材制造工艺优化与工业应用提供更强支撑。 展开更多
关键词 同步辐射 熔焊 增材制造 熔池 原位表征 数值模拟 人工智能
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融合注意力机制的ResNet熔覆层稀释率识别方法
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作者 张筱睿 李涛 +1 位作者 石博文 詹欢 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第11期1-4,共4页
金属激光熔覆层质量和激光熔池状态联系密切,根据激光熔覆过程中熔池视觉特征对熔池状态进行在线监测,进而实现熔覆层稀释率大小在线识别对金属激光熔覆过程在线监测具有重要意义。为了实现激光熔覆层稀释率大小的在线监测,提出了一种... 金属激光熔覆层质量和激光熔池状态联系密切,根据激光熔覆过程中熔池视觉特征对熔池状态进行在线监测,进而实现熔覆层稀释率大小在线识别对金属激光熔覆过程在线监测具有重要意义。为了实现激光熔覆层稀释率大小的在线监测,提出了一种融合注意力机制的ResNet熔覆层稀释率识别模型。首先根据试验结果探究了激光熔覆工艺参数对稀释率的影响,其次根据同轴相机采集到的熔池图像,建立模型的训练集和测试集,并构建了融合注意力机制的ResNet激光熔覆层稀释率识别模型,并对比研究了注意力机制对熔覆层识别准确率的影响。结果表明:注意力机制显著提高了模型识别准确率,使准确率从92.97%提高到了94.02%。 展开更多
关键词 激光熔覆 稀释率 混合注意力机制 ResNet 图像识别 熔池
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焊接空间位置对接头性能影响的研究进展
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作者 闫旺 陈芙蓉 +2 位作者 曹四龙 解瑞军 王迪 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期132-144,共13页
焊接空间位置的变化直接影响熔滴过渡和熔池受力状态,最终影响焊接接头性能,了解空间位置对焊接接头性能影响规律,制定合适的焊接工艺,对于实现大型工程复杂结构全位置焊接至关重要.文中首先分析了空间位置变化对熔滴过渡和熔池受力的影... 焊接空间位置的变化直接影响熔滴过渡和熔池受力状态,最终影响焊接接头性能,了解空间位置对焊接接头性能影响规律,制定合适的焊接工艺,对于实现大型工程复杂结构全位置焊接至关重要.文中首先分析了空间位置变化对熔滴过渡和熔池受力的影响;同时,讨论了不同焊接位置与焊接工艺的匹配关系,分别总结了不同焊接位置、焊接工艺对接头性能的影响规律.此外,阐述了焊接位置变化对接头外部成形和内部力学性能的影响,表明焊接位置变化在特定条件下不是生产需要的工艺被动妥协,而是性能优化的主动探索.此外,从工艺改进和设备辅助两个层面综述了优化全位置焊接的新工艺、新方法.最后,总结并展望了焊接空间位置变化对焊接接头性能影响规律和发展方向. 展开更多
关键词 焊接位置 焊接工艺 熔滴过渡 熔池受力 焊接接头 全位置焊接
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激光熔覆焊接参数对极细桥丝焊接质量的影响研究
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作者 田佳铭 张荣 孔梅 《火工品》 北大核心 2025年第2期68-74,共7页
为探究极细桥丝激光熔覆焊接过程中桥丝与熔池边沿的温度及热力学特性,优化极细桥丝激光熔覆焊接工艺参数,采用Ansys Fluent有限元仿真软件对直径为13μm的Ni-Cr桥丝在120,150,180,200 W激光功率及-3~3 mm离焦量下的焊接过程进行仿真,... 为探究极细桥丝激光熔覆焊接过程中桥丝与熔池边沿的温度及热力学特性,优化极细桥丝激光熔覆焊接工艺参数,采用Ansys Fluent有限元仿真软件对直径为13μm的Ni-Cr桥丝在120,150,180,200 W激光功率及-3~3 mm离焦量下的焊接过程进行仿真,分析了激光功率及离焦量对桥丝与熔池边沿的温度及热应力的影响,并对不同激光功率及离焦量下的桥丝焊接效果进行了实验研究。结果表明:120 W激光功率下,焊点连接不牢固;150 W激光功率下,焊点牢固且表面光滑,桥丝保持完整无断裂;180 W激光功率下,过高的熔池边沿温度与热应力增加了桥丝断裂风险,焊点表面出现氧化变色;200 W激光功率下,桥丝与熔池边沿的温度及热应力超过了桥丝的性能极限,桥丝断裂,并损伤基底,引起金属飞溅,严重影响焊点质量。当激光功率为150 W、脉宽为2 ms、离焦量为-2 mm时,焊接效果最佳。 展开更多
关键词 激光熔覆焊接 极细桥丝 仿真 熔池 焊接质量
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我国锑冶炼技术现状及富氧熔池熔炼研究进展
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作者 葛杨 吴晓松 +1 位作者 郭徽 张岭 《稀有金属与硬质合金》 北大核心 2025年第3期51-57,65,共8页
锑是重要的战略金属。我国是世界锑矿储量最丰富、锑产品产量最大的国家,但长期的过度开发导致我国当前锑资源优势明显下滑。围绕我国锑矿资源和行业发展现状,本文系统综述了当前锑冶炼主流生产工艺的技术特点,重点总结了富氧熔池熔炼... 锑是重要的战略金属。我国是世界锑矿储量最丰富、锑产品产量最大的国家,但长期的过度开发导致我国当前锑资源优势明显下滑。围绕我国锑矿资源和行业发展现状,本文系统综述了当前锑冶炼主流生产工艺的技术特点,重点总结了富氧熔池熔炼工艺的研究进展。 展开更多
关键词 火法冶金 鼓风炉挥发熔炼 富氧熔池熔炼
原文传递
基于熔池动态形变知识增强的GTAW熔透状态预测
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作者 洪宇翔 谢乡志 +2 位作者 何星星 都东 常保华 《焊接学报》 北大核心 2025年第5期26-34,41,共10页
为了实现对焊接熔透状态的在线监测,保障焊缝质量并推动机器人智能化技术发展,提出了一种熔池动态形变知识增强的钨极惰性气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)熔透状态预测方法.采用高速高动态范围工业相机获取熔池图像,利用Deep... 为了实现对焊接熔透状态的在线监测,保障焊缝质量并推动机器人智能化技术发展,提出了一种熔池动态形变知识增强的钨极惰性气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)熔透状态预测方法.采用高速高动态范围工业相机获取熔池图像,利用DeepLabv3+语义分割模型进行熔池动态分割以精准地获取熔池区域,在此基础上进行多帧熔池轮廓图像融合,以描述熔池在焊接过程中的动态形变.将融合后熔池轮廓图像和原始熔池图像合成输入CNN,学习同一位置熔池轮廓像素变化,指导CNN预测熔透状态.结果表明,基于熔池动态形变知识增强的CNN能够准确识别部分熔透、适度熔透和过度熔透三种典型焊缝状态,分类准确率可达到97.1%,单帧预测时间0.86 ms.与未融合熔池动态形变专家知识的深度学习方法相比,该方法在少样本数据情况下表现出更高的鲁棒性和准确率. 展开更多
关键词 焊接质量监测 钨极惰性气体保护焊 知识增强 熔池动态分割 图像融合
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