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
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