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焊接缺陷论文摘要范文焊接缺陷论文摘要写 搅拌摩擦焊具有焊接质量高的显著特点,但若工艺参数选择不当也会存在焊接缺陷等问题.文中综述了国内外搅拌摩擦焊焊接缺陷的研究现状,主要涉及缺陷的类型、影响因素以及缺陷的检测方法等三方面的内容,具体包括孔洞、飞边、未焊合及沟槽等四大类缺陷.总的来看,目前对搅拌摩擦焊焊接缺陷的研究,主要是从接头性能和组织的角度出发,进而获得缺陷的种类及形成原因,对于缺陷的形成机理以及检测技术还有待深入研究,以便揭示诸多影响因素的交互作用,从而实现对缺陷的有效控制. 由铝合金型材焊接而成的高速列车车体,如考虑焊缝处初始焊接缺陷的存在,将造成焊缝质量等级的不同,进而造成其抗疲劳能力产生差异.为寻求在设计阶段能较准确地预测含初始焊接缺陷的动车组车体疲劳寿命的评估方法,通过试验获得3种含初始焊接缺陷试件的疲劳寿命数据,并基于美国A*E(xx)标准中的结构应力法计算出含不同焊接缺陷试件疲劳寿命的,等效初始裂纹,建立包括焊缝在内的动车组车体有限元模型,并依据BS EN12663-1:xx标准的加载方式,基于等效结构应力法和Miner线性累积疲劳损伤理论,预测车体关键焊缝的疲劳寿命,根据反求出来的等效裂纹对模型进行修正,研究初始焊接缺陷的存在对车体疲劳寿命的影响. 针对MAG焊电弧光谱特点,采用被动式视觉传感方法,利用CCD摄像机配合近红外复合滤光系统消除弧光干扰,获取MAG焊熔池图像.从MAG焊焊接缺陷产生的机理及熔池流态出发,采用同步对比试验,研究了熔池图像特征与焊接缺陷的映射关系,提取出表面气孔、焊塌、焊穿等焊接缺陷所对应的熔池图像特征.结果表明,一种焊接缺陷往往有多种视觉图像特征,通过熔池图像特征判断表面气孔、焊塌、焊穿等焊接缺陷具有良好可行性,为基于视觉的焊接缺陷自动在线预测提供了技术依据. 铝合金因其本身特性导致焊接过程中容易产生裂纹、气孔、未熔合等焊接缺陷,对焊接接头性能产生较大影响.焊接作为轨道车辆中普遍采用的连接方法,焊接接头是铝合金结构中比较薄弱的部位,也是结构失效的主要部位.因此保证焊接质量是保证轨道车辆安全运行的关键措施之一.目前高速列车铝合金焊接方法主要采用MIG焊,结合生产实际,分析铝合金MIG焊常见焊接缺陷的产生原因和危害,并提出了预防措施和处理方法. 分析结构承载截面积、材料属性、外力、焊接缺陷的方向及分布位置对结构的影响,以焊接缺陷处应力集中系数作为评估焊接缺陷影响结构强度的标准,建立转向架构架的整体和局部有限元模型,计算构架的应力分布并判定薄弱区域.通过焊接缺陷仿真模型计算,研究焊接缺陷尺寸和分布位置对构架强度的影响.计算结果表明,在靠近横梁的焊趾处存在着应力集中,表面缺陷对构件强度的影响比内部缺陷大,尤其是高应力区的表面缺陷严重影响构架的强度,表面缺陷及个别类型的内部缺陷会改变构件高应力区的分布. 射线检测是广泛使用的焊接质量检测方式,在获得焊缝的射线检测图像后,通常采用人工方式对焊缝检测图像进行分析来评定焊接质量.为了保证焊接质量评定的可靠性和稳定性,减少人工评定差异,国内外研究人员在焊接缺陷的自动提取和识别方面开展了比较广泛的研究,已取得了不少研究成果,但是仍未达到可以应用的水平,存在的主要问题包括不均匀背景下微小缺陷的准确检出、各种缺陷的有效特征描述及分类识别等.考虑到射线胶片照相检测使用的普遍性,以及各种射线检测方式所得到图像的相似性,本文以数字化的射线检测底片图像为对象,对焊接缺陷的提取和识别方法进行了比较深入的研究.首先,设计了完整实用的焊接缺陷提取流程,并分别开展了焊缝区域确定、非裂纹类焊接缺陷提取、裂纹类焊接缺陷提取方面的研究,然后,进行了焊接缺陷的特征描述和特征选择的研究,最后,进行了焊接缺陷的分类识别的研究.本文的主要工作和创新体现在以下几个方面: (1)针对焊缝区域确定问题,提出了一种逐级细化确定焊缝区域的方法.该方法首先通过条带特征检测确定焊缝所在大致区域,然后基于线灰度曲线相邻间隔点数计算快速确定准确的焊缝边界.结果表明,该方法受图像亮度不均匀以及焊缝在图像中位置和分布变化等影响较小,能够较好地确定出焊缝边界,具有较强的适应性和实用性. (2)针对非裂纹类焊接缺陷提取问题,立足于图像分割的偏微分方程理论,将“加速收缩项”引入IAC模型得到加速IAC模型,在此基础上,提出了基于加速IAC模型的非裂纹类焊接缺陷提取方法.该方法首先使用形态学变换去除焊缝区域图像的背景,然后通过亮度变换缩小图像灰度范围,并以多阈值的方式将一幅图像变换为一组矢量图像,再采用概率松弛法降低图像区域模糊度并减少局部矛盾,最后应用加速IAC模型对焊接区域图像逐块分割提取缺陷,并进行适当的后处理.结果表明,该方法能够有效提取气孔、夹杂、未熔合、未焊透等非裂纹类焊接缺陷,且加速IAC模型的应用有效减少了普通IAC模型所需的迭代次数,具有较好的通用性. (3)针对裂纹类焊接缺陷提取问题,立足于多尺度几何分析中的Beamlet理论,提出了基于Beamlet分析的裂纹类焊接缺陷提取方法.该方法首先使用形态学变换去除焊缝区域图像的背景同时屏蔽图像中可能包含的非裂纹类焊接缺陷,然后逐块进行亮度变换处理,并通过Beamlet分析及最优BD-RDP来确定符合条件的若干beamlet作为裂纹特征检测结果,最后使用形态学膨胀、细化等操作进行适当的后处理.结果表明,该方法能够有效提取纵向裂纹、横向裂纹、放射状裂纹等裂纹类焊接缺陷,可以较好地反映裂纹类缺陷的形状和延展特点,具有较好的实用性. (4)在焊接缺陷的特征描述和特征选择方面,本文首先结合常见的描绘方法和专家经验初步确定了9个用于描述焊接缺陷的特征,然后为了挑选出描述焊接缺陷的最有效的特征,提出并应用了一种类内方差与相关度结合的特征选择算法(WVCMFS算法),从初步确定的特征中挑选出5个描述焊接缺陷的最有效特征.其中被去除的4个特征中,平坦性(FLT)、对称性(SYM)和不尖锐性(USP)特征是加藤雄平等基于经验提出并经常采用的特征,而本文的特征选择结果表明这些特征属于无效或冗余特征,对焊接缺陷的分类并不具有明显作用. (5)在焊接缺陷的分类识别方面,立足于支持向量机理论,提出采用嵌入WVCMFS的二叉树SVM方法进行焊接缺陷分类识别,并通过实验确定了该方法的最有效结构.为了进一步提高其分类性能,本文从两个方面进行改进,包括提出并使用一种统计不相关特征变换算法(LUFT和NLUFT),以及提出并使用一种可用于不平衡数据分类的模糊支持向量机(IC-FSVM).结果表明,采用本文确定的特征进行焊接缺陷描述时,使用嵌入WVCMFS的二叉树IC-FSVM方法即可获得较好的焊接缺陷分类性能,若采用更多新特征进行焊接缺陷描述,则可以考虑使用嵌入WVCMFS和NLUFT的二叉树IC-FSVM方法. 激光深熔焊接具有深宽比大、焊接速度快、热影响区小、焊接变形小等优点.随着高光束质量万瓦级光纤激光器的出现,厚板激光深熔焊接一次成形成为可能,可广泛应用到能源、造船、航空航天、装备制造、铁路等大厚度大结构件焊接制造中.然而,这些重大工程项目对焊接质量的稳定性和可靠性要求极高,只有对万瓦级激光深熔焊接过程机理进行深入而系统的研究,才能从根本上保证稳定可靠的焊接接头质量.基于上述应用背景,在国家自然科学基金项目的资助下,本文对万瓦级光纤激光深熔焊接厚板过程中孔外金属蒸汽/等离子体、小孔和熔池动态行为,相关焊接缺陷产生机理和控制方法进行试验和理论研究.本论文开展和完成了如下研究工作： (1)借助高速摄影和光谱分析手段,直观观测了万瓦级光纤激光深熔焊接厚板过程中孔外金属蒸汽/等离子体动态行为和光谱信号,并计算了孔外金属蒸汽/等离子体特征参数及对入射激光的散射吸收作用.结果表明,孔外金属蒸汽/等离子体由靠近小孔开口蓝光等离子体和位于上方的微红色的金属蒸汽组成,前者边缘形状锋利光滑,而后者边缘形状变化无常,高度高达20mm.发现孔外金属蒸汽喷射方向与小孔壁方位密切相关.光谱分析结果表明,孔外金属蒸汽汽/等离子体是弱电离等离子体.孔外金属蒸汽中凝结的微细金属颗粒对入射激光束的吸收和散射衰减强度是孔外等离子体中自由电子对激光逆轫致辐射吸收的数倍. (2)基于改进的“三明治”新方法,采用高速摄影手段,首次从侧面直接观测了万瓦级光纤激光深熔焊接超细长小孔内壁,小孔内壁充满皱褶,并沿小孔壁向*动,同时熔融金属微滴直接从皱褶波峰脱离穿过小孔向后沿飞去.特别地,在小孔前沿壁面存在液体台阶,向下高速流动,速度可达8m/s-15m/s. 在直观观测万瓦级光纤激光深熔焊接厚板缺陷产生时的超大金属蒸汽/等离子体团、超细长小孔和熔池动态变化过程的基础上,结合大量工艺试验研究,揭示了飞溅、表面塌陷与底部驼峰和钉子头焊缝缺陷的产生机理.焊接飞溅产生的主要驱动力是小孔内蒸发蒸汽反冲压力和高速喷射的金属蒸汽/等离子体对熔融金属的摩擦力.飞溅产生的基本过程为：局部蒸发熔融金属加速向上(下)流动垂直动量积累超出表面张力熔融金属脱离熔池形成飞溅.孔外金属蒸汽/等离子体对熔融金属的剪切作用使得飞溅在穿过孔外金属蒸汽/等离子体云时有一个“加速过程”.焊缝塌陷和底部驼峰的产生是由于小孔前沿壁流动的液体台阶处局部蒸发导致的熔融金属高速向*动,大量熔融金属聚集在底部熔池或直接喷出熔池,底部熔融金属不断积累形成熔滴,在重力作用下下掉而形成底部驼峰,焊缝上表面缺少熔融金属的补充而塌陷.钉子头焊缝的产生机理是小孔内部剧烈的蒸汽反冲压力和金属蒸汽/等离子体高速向上喷射对小孔壁的摩擦力驱动底部和周围熔融金属沿小孔壁向上流动,并聚集到小孔开口,然后在表面张力作用下形成由中心向外的Marangoni对流,从而增大熔池上部的熔化宽度,最终形成钉子头焊缝. (3)对万瓦级光纤激光深熔焊接厚板焊接缺陷的控制方法进行了研究.结果表明,离焦量是万瓦级光纤激光深熔焊接厚板过程中一个关键工艺参数.负离焦时,匹配优化离焦量和焊接速度可以获得稳定的金属蒸汽/等离子体、小孔和熔池的耦合效果,从而有效抑制缺陷获得成形良好的全熔透焊缝.背保护气体不仅改善了焊缝下表面成形,同时改善了焊缝上表面成形使整个焊缝截面呈“I”型.侧吹气体射流辅助激光深熔焊接,可以较好抑制钉子头焊缝和上表面飞溅的产生.当激光束沿焊接方向向前倾斜适当角度时,可以有效抑制上表面飞溅的产生.采用横焊焊接方位时,可以有效抑制焊缝塌陷与底部驼峰的产生. (4)对万瓦级光纤激光深熔焊接厚板焊缝接头组织性能进行了研究.结果表明,熔合区两侧边缘是柱状晶,且对称向焊缝中心生长.焊缝中心区主要是等轴树枝晶.焊缝组织仍为奥氏体组织,并在奥氏体基体上存在少量铁素体.焊缝接头拉伸断裂在母材,最大拉伸应力高达809MPa,最大应变为65%.断口呈典型的杯锥形,焊缝断口由纤维区和剪切唇组成.纤维区由细小而均匀一致的深蜂窝状韧窝组成,表明拉伸试件是承受拉伸载荷而韧性断裂.基于本文的研究成果,成功实现了15kW光纤激光自熔焊接核反应堆堆芯围筒厚板,焊接变形小,无需后续机加工,技术成果处于世界领先水平.良好的焊缝成形和力学性能表明万瓦级光纤激光深熔焊接不锈钢厚板可以进一步应用到工业生产,具有重要的实用价值和经济效益. 根据铝和铝合金的物理、化学性能及焊接特点,介绍了适用于此类金属的焊接方法；分析了铝和铝合金焊接时焊接缺陷（尤其是气孔）产生的原因及防止措施,简要阐述了焊接缺陷的检验和返修对焊接接头性能的影响. 随着焊接结构新形式的大量涌现和广泛使用,由于人们不了解焊接结构特点以及忽视焊接缺陷的存在,造成了一些焊接事故的发生.对