GTAW焊熔池形态的数值模拟及视觉检测.doc

GTAW焊熔池形态的数值模拟及视觉检测袁尤智南昌大学分类号：TN247TN247密级：保密★3年UDC：学号：405503506046南昌大学硕士研究生学位论文GTAW焊熔池形态的数值模拟及视觉检测NumericalsimulationandvisualinspectionofGTAWweldingpoolshape作者姓名：袁尤智培养单位(院、系)：物理系指导教师姓名、职称：刘南生、教授申请学位的学科门类：物理学科专业名称：光学论文答辩日期：答辩委员会主席：评阅人：年月日学们论文独创性声明Ⅰ学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名（手写）：导师签名（手写）：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要Ⅱ摘要随着焊接产品质量要求的不断提高，发展焊接自动化和智能化已成为必然趋势，而其核心问题是实现对焊接熔池动态过程的自动控制，通过理论或实验的手段获取熔池的动态信息，具有非常重要的实际意义。本文分别利用数值模拟技术和视觉检测技术对GTAW焊熔池进行数值模拟和视觉检测，从理论上和实验上对GTAW焊熔池进行研究。熔池的数值模拟过程建立了GTAW焊熔池的三维瞬态数值分析模型，模型中充分考虑熔池液态金属对流传热和熔池外工件的固态导热；焊接过程中的相变潜热；熔池流体的紊流特性；材料的热物理性能参数随温度变化等因素。焊接过程的电弧热源模型采用双椭圆热流分布模型，该热源模型有利于改善计算熔池的形态，提高熔池的计算精度。用FLUENT软件对所建熔池的数值分析模型进行求解，提取熔池温度场、流场及熔池形态等结果信息并进行分析，还分析了不同焊接电流情况下的熔池的动态行为。熔池的视觉检测过程是利用主动视觉传感系统对焊接熔池进行拍摄，以小功率半导体激光器作为系统主动光源，采用投影光栅条纹的方式照明熔池，用窄带滤波和4f系统空间滤波相结合的方法抑制电弧光的干扰，CCD通过4f系统对熔池进行拍摄，拍摄出了清晰的熔池图像。再通过图像处理成功地提取了熔池形状及形状参数等信息，实现熔池的视觉检测。对GTAW焊熔池进行数值模拟和视觉检测结果的对比分析，结果显示二者数据吻合良好，相对的误差值在允许误差以内，可以为焊接过程的进一步研究提供可靠的实验数据和理论依据。关键词：GTAW焊；温度场；流场；熔池形态；数值模型；视觉检测AbstractⅢABSTRACTWiththerisingdemandsofweldingquality,thedevelopmentofweldingautomationandintelligencehasbecomeaninevitabletrend.Anditskeyproblemisthatrealizationautomaticcontrolofweldingpooldynamicprocess.A