變厚截面材料填粉雷射焊接的自適應監控機理研究

《變厚截面材料填粉雷射焊接的自適應監控機理研究》是依託湖南大學，由張屹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：變厚截面材料填粉雷射焊接的自適應監控機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張屹
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

採用變厚截面最佳化設計與製造則是實現輕量化的新途徑，解決變厚截面材料的連線問題是實現該技術的製造基礎。變截面材料焊接要求熔深隨厚度變化而適應性變化，填粉雷射自適應焊接則為滿足該類材料焊接質量要求提供了保障。針對變厚截面材料填粉雷射焊接的熱輸入流量與質量流量的適應性匹配監控問題，本項目提出，為保證測量位置與焊接位置的一致性，通過特定輔助光源照射以避免雷射干擾，主動視覺同步監測焊縫位置、對接間隙、熔寬、熔深、熔透等焊縫狀態參量，利用雷射誘導產生的光致電漿監測焊縫組織粗大、氣孔等缺陷，基於自適應控制熱輸入流量與質量流量實現熔透、焊縫組織、氣孔缺陷等質量控制，並通過level-set方法追蹤氣-液界面、固-液混合模型追蹤固-液界面及光-粉-熔池耦合模型模擬填粉雷射焊接變厚截面材料物理過程。本研究將有利於占領汽車輕量化設計及製造領域的學術高點，提升我國自主研發和製造的能力。

結題摘要

汽車車身輕量化已經成為世界汽車技術發展的趨勢，採用變厚截面最佳化設計與製造則是實現汽車輕量化新途徑。針對車用變截面材料高效、優質焊接的迫切需求以及焊接熔透性和焊縫位置難以實現原位同步監測的技術難題，本項目搭建了強光干擾下熔透與焊縫同步監測系統，提出強雷射輻照干擾條件下焊縫、小孔、熔池等圖像輪廓提取算法和成形面積、對接間隙的同步測量方法。開展了光致電漿與氣孔等缺陷的相關性分析。建立了雷射能量衰減模型，粉末熱輸運模型，探明不同光束形態作用下的光-粉耦合能量輸運機制。基於level-set方法的填粉雷射焊接數值模擬和小孔、熔池特徵分析，提出了雷射焊接熔透狀態的判定算法。搭建了連續變厚截面材料自適應雷射焊接平台系統並開發相應監控軟體。項目組成員在國內外知名期刊發表高質量論文12篇，其中SCI收錄11篇，SCI他引61次。授權發明專利1項，實用新型專利2項，申請發明專利3項。應邀作國際會議特邀報告或分組報告共12人次，國內會議分組報告13人次。培養畢業碩士研究生7人，在讀博士生3人，在讀碩士研究生3人，其中獲湖南省優秀碩士學位論文2人，湖南大學優秀碩士學位論文2人。獲2019年國家科技進步二等獎1項。譚建榮院士評價項目成果創新性強，總體技術達到國際先進水平。