激光焊接与切割质量控制

　　《激光焊接与切割质量控制》以作者在激光焊接与切割领域的研究和应用成果为基础，论述控制激光焊接与切割质量的工艺措施、自动控制技术及其基本原理。内容包括：激光焊接的理论基础和工艺基础知识；激光深熔焊中成形不稳定性和小孔型气孔两种缺陷产生的机理、数学物理模型、抑制方法以及工程中获得优质焊缝的成功范例；光束焦点位置和深熔焊熔透状态的实时检测和闭环控制的原理、系统、技术关键和控制效果，提供兼有先进性和实用性的高水平控制方法；激光填丝焊、激光gma复合焊和激光切割三种工艺方法的原理、工艺特点、影响加工质量的因素及实现质量实时控制的新方法。《激光焊接与切割质量控制》力图从理论和实际的结合上对以上涉及加工质量的主要问题进行综合论述，书中汇集了反映该领域目前国际水平的技术资料。《激光焊接与切割质量控制》可作为研究激光焊接、切割和各种激光加工方法的教师、研究生和大学生的参考书和教材，也可作为从事相关激光加工技术和加工设备设计制造的工程技术人员的参考资料，还可供从事高能束加工和电弧焊方法研究和应用的科技人员、研究生参考。

　　陈武柱，1963年清华大学机械工程系焊接专业毕业并留校任教，现为清华人学教授、博士研究生导师，曾任清华大学机械工程系学术委员会主任等职。研究方向为焊接方法、设备及过程控制。1992年负责建立激光加工研究中心，从此主要从事激光焊接与切割领域的科研、教学和研究生培养工作。先后负责并完成国家自然科学基金、国家重点科技攻关、国家重点基础研究（973子项）、航天工程、国际合作、清华大学重点研究基金及重点企业横向合作等研究项目30余项，完成核供热堆锆燃料盒、超级超导对撞机量能器晶体支撑单元等高精度、高难度激光焊接构件的试制任务，本书核心内容即为其中部分成果的理论和技术总结。曾获国家发明一等奖、北京市科技成果二等奖，一项国家级新产品，多项中国发明专利。在国内外发表学术论文180多篇。

序
前言
第1章 激光焊接理论基础
1.1 引言
1.2 材料对激光的吸收
1.2.1 材料吸收激光的一般规律
1.2.2 金属对激光的吸收
1.3 激光作用下材料的物态变化和焊接模式
1.3.1 激光作用下材料的物态变化
1.3.2 两种激光焊接模式
1.4 光致等离子体及其对焊接质量的影响
1.4.1 光致等离子体的产生
1.4.2 光致等离子体的特征
1.4.3 光致等离子体与激光的相互作用
1.4.4 光致等离子体的控制
1.4.5 光致等离子体的光、声、电信号与质量监测
1.5 小孔效应
1.5.1 小孔的产生与发展
1.5.2 小孔内激光能量的吸收
1.5.3 小孔内的压力平衡
1.5.4 小孔的不稳定性和小孔型气孔的产生
参考文献
第2章 激光焊接工艺基础和不稳定性控制
2.1 引言
2.2 影响激光焊接质量的主要因素
2.2.1 焊接设备
2.2.2 工件状况
2.2.3 焊接参数
2.3 焊接参数对焊缝成形和过程不稳定性的影响
2.3.1 焊接参数对焊接过程及成形的影响——两种焊接模式和三种焊接过程
2.3.2 多参数对焊接模式的综合影响
2.4 三种激光焊接过程的机理及模式转变曲线数学模型
2.4.1 三种激光焊接过程的产生机理分析
2.4.2 双u形激光焊接模式转变曲线的理论模型
2.4.3 双u形模式转变理论曲线的实验验证与模型修正
2.5 激光焊接过程稳定性的实时监测
2.5.1 激光焊接过程监测用传感器
2.5.2 激光焊接过程监测系统
2.5.3 焊接过程稳定性的实时监测
2.6 双u形模式转变曲线的应用和焊接工艺制定实例
2.6.1 双u形模式转变曲线应用中的问题
2.6.2 激光焊接工艺制定和质量控制实例
参考文献
第3章 小孔型气孔的产生及抑制方法
3.1 引言
3.2 小孔型气孔的特征及其产生机理
3.2.1 小孔的动态行为与小孔型气孔的产生
3.2.2 小孔型气孔的形状和分布特征
3.2.3 气泡产生的模型
3.3 影响小孔型气孔的因素
3.3.1 小孔穿透状态的影响
3.3.2 激光功率的影响
3.3.3 激光束倾角的影响
3.3.4 激光脉冲调制频率和波形的影响
3.3.5 保护气体种类的影响
3.3.6 激光-电弧复合焊的影响
3.4 抑制和减少小孔型气孔的方法
3.5 较低功率薄板焊接时小孔型气孔的产生与防治
3.5.1 背景
3.5.2 低功率薄板焊接时小孔型气孔的特征
3.5.3 连续激光焊接参数对气孔率的影响
3.5.4 激光脉冲调制频率对气孔率的影响规律及其机理分析
3.5.5 小孔型气孔抑制方法的选择
3.6 小孔型气孔抑制方法的工程应用
3.6.1 产品结构及工程背景
3.6.2 技术方案实施流程和验证试验
3.6.3 正式产品批量施焊的效果
参考文献
第4章 激光束焦点位置寻优与控制
4.1 引言
4.2 引起激光束焦点位置波动的主要因素
4.2.1 透镜-工件距离的变化
4.2.2 热透镜效应
4.2.3 飞行光路中不同光程的影响
4.2.4 小结
4.3 激光束焦点位置检测与控制发展现状
4.3.1 高度跟踪传感器
4.3.2 自适应光束焦点调节系统
4.3.3 激光焊接焦点位置的检测与控制
4.3.4 现有控制方法的局限性和自寻优双闭环控制系统的提出
4.4 焦点位置自寻优双闭环控制原理分析
4.4.1 焦点位置自寻优双闭环控制系统所用传感器
4.4.2 焦点位置自寻优控制原理
4.4.3 喷嘴-工件距离闭环控制原理
4.5 焦点位置自寻优双闭环控制系统
4.5.1 焦点位置自寻优双闭环控制系统的功能
4.5.2 焦点位置自寻优双闭环控制系统硬件构成
4.5.3 焦点位置自寻优双闭环控制系统软件设计
4.5.4 焦点位置自寻优双闭环控制的效果
4.5.5 小结
参考文献
第5章 激光深熔焊熔透的实时检测与控制
5.1 引言
5.2 激光焊接熔透状态的分类和特征
5.3 co2激光深熔焊熔透同轴检测系统
5.3.1 基于ps的同轴熔透检测系统
5.3.2 基于视觉传感器（vs）的同轴熔透检测系统
5.4 co2激光深熔焊熔透状态的实时识别
5.4.1 利用同轴ps信号的时域特征识别熔透状态
5.4.2 利用同轴ps信号的频域特征识别熔透状态
5.4.3 利用小孔图像的灰度分布特征识别熔透状态
5.4.4 小结
5.5 co2激光深熔焊熔透的闭环控制
5.5.1 控制方案分析
5.5.2 熔透闭环控制系统的建立
5.5.3 平板熔透闭环控制
5.5.4 斜板熔透闭环控制
参考文献
第6章 填丝激光焊及焊缝成形自适应控制
6.1 引言
6.2 填丝激光焊的特点和应用
6.3 激光束和焊丝的相互作用
6.3.1 焊丝对激光的吸收、反射和被透射
6.3.2 影响焊丝熔化的因素
6.4 填丝激光焊焊接参数的选择与匹配
6.4.1 送丝速度与焊接速度的匹配
6.4.2 送丝速度与焊接速度的许用范围
6.4.3 坡口间隙变化时的焊接参数调节
6.5 用于坡口状态实时检测的传感器
6.5.1 基于三维视觉的坡口检测传感器
6.5.2 基于线阵ccd的坡口检测传感器
6.5.3 扫描式laser-psd传感器
6.6 填丝激光焊焊缝成形质量自适应控制
6.6.1 控制系统的构成
6.6.2 焊缝成形自适应控制实验
参考文献
第7章 激光-gma复合焊及熔透控制
7.1 引言
7.2 激光-gma复合焊的特点和应用
7.3 激光-gma复合焊接参数对焊缝成形的影响
7.3.1 激光功率对熔深、熔宽的影响
7.3.2 gma电流对熔深、熔宽的影响180
7.3.3 激光与电弧间距离（dla）对熔深、熔宽的影响
7.3.4 焊接速度对熔深的影响
7.4 激光-gma复合焊接参数对熔透状态的影响
7.4.1 评价激光-gma复合焊熔透状态的指标
7.4.2 激光功率对熔透状态的影响
7.4.3 gma电流对熔透状态的影响
7.4.4 焊接速度对熔透状态的影响
7.4.5 坡口间隙对熔透状态的影响
7.4.6 小结
7.5 复合焊熔透状态视觉检测方法
7.5.1 复合焊熔透检测方法的选择
7.5.2 熔池背面视觉检测系统
7.5.3 熔池背面视觉检测关键技术
7.6 复合焊熔池背面图像处理算法
7.6.1 坡口间隙宽度检测算法
7.6.2 熔池图像特征分析和熔宽检测算法
7.7 复合焊熔透状态闭环控制
7.7.1 控制方案分析
7.7.2 复合焊熔透闭环控制系统
7.7.3 复合焊熔透闭环控制的效果
参考文献
第8章 激光切割及其质量检测与控制
8.1 引言
8.2 激光切割的特点
8.3 激光切割的分类及机理
8.3.1 汽化切割
8.3.2 熔化切割
8.3.3 反应熔化切割
8.3.4 控制断裂切割
8.4 激光切割质量的评价指标
8.4.1 评价切割质量的主要指标
8.4.2 切割面粗糙度的评价基准
8.5 影响激光切割质量的主要因素
8.5.1 激光切割系统性能对切割质量的影响
8.5.2 激光切割参数对切割质量的影响
8.6 激光切割质量实时检测方法
8.6.1 激光切割质量实时检测方法的选择
8.6.2 基于切割前沿图像的缺陷识别
8.6.3 基于火花簇射图像的切割面近下缘粗糙度检测
8.7 实用化的切割面粗糙度检测方法——火花簇射同轴视觉检测与图像处理
8.7.1 火花簇射同轴视觉检测可行性分析
8.7.2 火花簇射同轴视觉检测的图像算法
8.7.3 火花簇射同轴图像特征参数与切割面粗糙度的关系
8.8 激光切割质量自寻优控制
8.8.1 控制方案设计
8.8.2 激光切割质量实时检测与控制系统
参考文献252