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南京理工大学硕士学位论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析姓名：***申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：***20060601硕十论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析普通ＣＣＤ摄像机直接获取熔池区正面图像，其设备简单、价格低廉，国内焊接研究人员对此进行了大量研究，并取得了一定成果。
在国内，南京理工大学的王克鸿、熊亮同等人提出了近红外波段取像的思路，设计了基于不同取像机理的二种复合窄带滤光系统，在ＴＩＧ焊和ＰＴＩＧ电弧加热下，采用普通ｃｃＤ传感器从正面对重熔自动ＴＩＧ堆焊铜熔池进行了传感采集，对１０６４ｎｍ、９８０ｎｍ、５２０ｎｍ和４０５ｎｍ滤光条件下的取像结果进行了比较分析，找到了相对较好的取像窗口，获得了清晰的铜熔池图像。
由传感试验结果得出：采用ＴＩＧ弧热源，近红外波段易于获得较清楚的熔池图像；ＰＴＩＧ弧基值期间利用４种滤光波段都可获得清晰的熔池图像，图１．２．１和图１．２．２分别表示在ＴＩＧ焊和ＰＴＩＧ焊条件下采集到的清晰图像【１３】。
图ＩＩ．１ＴＩＧ焊铜熔池图像图１．２．２ＰＴＩＧ焊铜熔池图像天津大学宋永伦等人根据电弧的光谱分析，其谱线存在连续谱线和特征谱线，选择带有金属特征谱线的光谱窗口，避免强的电弧氛围特征谱线和连续谱，而获得高的信噪比，通过试验得出了ＧＴＡＷ焊接低碳钢的最佳检测窗口为４０４．４姗左右的结论Ｉｌ”．哈尔滨工业大学刘玉池、娄亚军等人相继对脉冲ＧＴＡＷ焊熔池图像的检测进行了研究，利用熔池对电弧的反射光作为信号源，选择中心波长为６６１ｒｉｍ的窄带窗口，并取得Ｔ，１６ｌ清晰的熔池区图像【１５．Ｉ酊。
随后赵冬斌等人又对填丝脉冲ＧＴＡＷ焊熔池图像的检测进行了研究，使其具有更广阔的应用范围１１７】。
文献【埔ｌ认为实际生产中的焊接还是以恒流ＧＴＡＷ为主，因此对恒流ＧＴＡＷ焊接中的熔池检测进行了研究，采用中心波长为６１０ｎｍ的窄带窗口，获取了恒流ＴＩＧ焊熔池区较清晰的图像。
西安电子科技大学毕业设计（论文）任务书材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业093 班级学生：题目：日产400吨浮法玻璃熔窑熔池玻璃液的数值分析毕业设计（论文）从2014 年 2 月25 日起到 2014 年 6 月 10 日学生：签名：_________指导老师：签名：_________课题的意义及培养目标：本课题以一座日产600吨浮法全氧燃烧玻璃熔窑作为分析对象在理论研究基础上，利用计算机F L U E NT流体分析软件对玻璃熔窑玻璃液的温度场和速度场进行数值分析，以便建立数学模型，改进玻璃熔窑的设计。
锻炼学生利用计算流体力学的原理分析玻璃工业热工设备的能力，提高学生工程实际应用水平。
设计（论文）所需收集的原始数据与资料：1国内外有关全氧燃烧玻璃熔窑的书籍、期刊与文献；2F L U E NT流体软件建立数值分析的方法；课题的主要任务（需附有技术指标分析）：1、查阅有关采用全氧燃烧玻璃熔窑方面的中外文献资料15篇以上，其中外文2篇以上；根据论文题目写出开题报告，翻译一篇有3000汉字的相关课题外文资料；2、利用F L U E NT软件对日产600吨浮法全氧燃烧玻璃熔窑玻璃液的温度场和速度场进行数值分析；I 日产400 吨浮法玻璃熔窑熔池玻璃液的数值分析摘要在玻璃熔制过程中利用纯氧代替空气与燃料进行燃烧称之为玻璃熔窑的全氧燃烧技术。
全氧燃烧不但使燃料充分燃烧，而且减少了烟气排放和N O X生成，实现了玻璃行业的节能减排。
本文介绍了全氧燃烧玻璃熔窑玻璃熔化及玻璃液的流动所常用的数学模型阐述了国内国内外玻璃熔窑用数学模拟方法研究的发展概括。
本课题的研究对象为日产400t 的天然气全氧玻璃熔窑，结合全氧燃烧玻璃熔窑理论以及国内外对全氧燃烧玻璃熔窑数值分析研究的基础上，对玻璃液的流动建立的新的模型。
所选用的模型包括玻璃液的层流流动，辐射传热DO 模型，重力影响因素。
对于玻璃液的流动，进行了一系列的假设和简化，以方便问题的处理。
焊缝熔池温度梯度-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：焊接是一种常见的加工方法，通过在材料表面加热，使其熔化并连接起来。
在焊接过程中，焊缝熔池温度梯度是一个重要的参数，它反映了熔池内部的温度变化情况。
熔池温度梯度的大小直接影响着焊缝的形成和质量，同时也对焊接过程中的残余应力和变形产生影响。
本文将就焊缝熔池温度梯度的影响因素、焊接过程中的温度变化规律以及熔池温度梯度对焊接质量的影响进行探讨，旨在加深对焊接工艺的理解，提高焊接质量和效率。
1.2 文章结构本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分，我们将简要介绍本文的研究对象——焊缝熔池温度梯度，并阐述文章的目的和意义。
同时，我们将概括性地描述本文的结构，为读者提供一个整体的概念。
在正文部分，我们将分为三个小节来详细讨论焊缝熔池温度梯度的影响因素、焊接过程中的温度变化规律以及对焊接质量的影响。
通过深入的研究和分析，希望能够为焊接工程领域的相关研究和实践提供一定的参考依据。
最后，在结论部分，我们将对本文的研究内容进行总结，展望未来可能的研究方向，并得出结论。
通过对焊缝熔池温度梯度的深入分析，希望可以为焊接工艺的优化提供一定的理论支持。
1.3 目的:本文的主要目的是探讨焊缝熔池温度梯度对焊接质量的影响，并分析影响因素和变化规律。
通过对焊接过程中焊缝熔池温度的研究，我们可以更好地了解焊接工艺中的关键参数，优化焊接操作，提高焊接质量和效率。
同时，本文也旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导，促进焊接技术的进步和发展。
2.正文2.1 焊缝熔池温度梯度的影响因素焊缝熔池温度梯度是指在焊接过程中焊缝熔池内部温度的变化情况。
焊缝熔池温度梯度的大小和分布对焊接质量和性能有着重要的影响。
其影响因素主要包括以下几点：1. 焊接电流大小：焊接电流的大小直接影响焊缝熔池的温度。
过大的电流会导致焊缝熔池温度过高，造成熔渣和气孔等焊接缺陷，而电流过小则会导致焊接质量不稳定。
富氧侧吹熔池熔炼处理低品位含铅物料问题分析及措施欧志光【摘要】富氧侧吹熔池熔炼炉处理低品位复杂多金属含铅物料因为原料适应性更广、占地面积小、投资少、运行成本低、操作更为简单而逐步被推广应用,但实际运行过程中还存在炉缸热平衡难以控制、炉渣容易过氧喷溅、炉子底层铜水套寿命短等问题.文章结合企业实际生产运行过程,在分析相应理论的基础上,提出了解决和预防的方法,为使富氧侧吹熔池熔炼炉在处理低品位物料生产运行时更顺畅提供一些理论依据和实践经验.%Application of oxygen-enriched side-blown melting furnace in treating of low-grade complex multi-metal lead-based materials has been gradually accepted, as it has the advantages of wide adaptability of raw materials, small foot space, low investment, low operating costs, and the more simple operation. While there still exist some problems in the actual operation process, among them difficult heat balance control, sputter of slag causing by peroxidation, and short life of copper water jacket in the bottom of the furnace being the three most typical. Based on the analysis of the corresponding theory and actual production and operation process, this paper puts forward the methods for solving and preventing of these problems, which can provide some theoretical basis and practical experience for running more smoothly of oxygen-rich side-blown melting furnace smelting furnace in the processing of low-grade materials.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2017(033)006【总页数】4页(P37-40)【关键词】富氧侧吹熔池熔炼;热平衡;炉渣过氧喷溅;水套寿命【作者】欧志光【作者单位】泰兴市申联环保科技有限公司,江苏泰兴225400【正文语种】中文【中图分类】TF803.11铅冶金是我国重要的有色金属基础产业。
第16卷第4期精密成形工程行为数值分析模型王艺瑾1，刘文1，胥国祥1*，朱杰1，胡庆贤1，杜宝帅2，龚祺龙1（1.江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室，江苏镇江 212000；2.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250002）摘要：目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征，揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。
方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理，建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。
使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟，对比不同频率下T型接头横、纵截面，从工艺和焊缝成形角度出发，针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。
结果当旋转频率为50 Hz时，纵截面内小孔最大深度为5.4 mm，横截面熔池内小孔开口直径相对较大，旋转一周后，小孔远离气泡，气泡无法逸出，形成气孔；当旋转频率为100 Hz时，纵截面内小孔深度显著降低，熔池体积明显减小，横截面内小孔最大开口直径和深度均降低，熔池尺寸也有所减小，在时间为0.097 s时，小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔，还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。
结论随着旋转频率的增大，小孔的最大开口直径和深度均降低，还对熔池具有搅拌作用，使熔池体积变小。
关键词：T型接头旋转激光+GMAW焊；数值分析；旋转频率；小孔；气孔DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.04.018中图分类号：TG456.7 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)04-0147-08Numerical Analysis Model for Dynamic Behavior of Molten Pool inRotating Laser+GMAW Hybrid Welding of T JointsWANG Yijin1, LIU Wen1, XU Guoxiang1*, ZHU Jie1, HU Qingxian1, DU Baoshuai2, GONG Qilong1(1. Key Laboratory of Advanced Welding Technology, Jiangsu University of Science and Technology, Jiangsu Zhenjiang 212000,China; 2. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, China)ABSTRACT: The work aims to study the temperature field and flow characteristics of molten pool in rotating laser+GMAW hybrid welding of T-joints, to reveal the generation and inhibition mechanisms of pore defects. According to the optics, electro-magnetic, heat transfer and fluid dynamics mechanisms, a numerical analysis model of molten pool in rotating laser+GMAW hybrid welding of T-joints was established. The temperature field and flow characteristics of the T-joint rotating laser+GMAW收稿日期：2023-12-28Received：2023-12-28基金项目：国家自然科学基金（51975263，52375340）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51975263, 52375340)引文格式：王艺瑾, 刘文, 胥国祥, 等. T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型[J]. 精密成形工程, 2024, 16(4): 147-154.WANG Yijin, LIU Wen, XU Guoxiang, et al. Numerical Analysis Model for Dynamic Behavior of Molten Pool in Rotating La-ser+GMAW Hybrid Welding of T Joints[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(4): 147-154.*通信作者（Corresponding author）148精密成形工程 2024年4月hybrid welding at rotation frequencies of 50 Hz and 100 Hz were simulated by Fluent software. Then, the screenshots of cross and longitudinal sections of the joints were compared. From the perspective of process optimization and seam forming, the ef-fect of different rotation frequencies on the molten pool and keyholes and the inhibition mechanism of pore was discussed.When the rotation frequency was 50 Hz, the maximum depth of keyhole in the longitudinal section was 5.4 mm. The opening diameter of the keyhole in the cross section was relatively large. After rotation for a cycle, the keyhole was far away from the bubble and the bubble could not overflow, forming the pore. When the rotation frequency was 100 Hz, the depth of keyhole in the longitudinal section was significantly reduced just as the volume of the molten pool. In the cross section, the maximum opening diameter and the depth of keyhole were reduced respectively just as the size of the molten pool. When the time was0.097 s, the clockwise vortex in the area above the keyhole was conducive to reducing the sagging phenomenon in the moltenpool and the undercut phenomenon at the weld toe of the vertical plate, inhibiting the pore. With the increase of rotation fre-quency, the maximum opening diameter and depth of the keyhole decrease, which has a stirring effect on the molten pool, mak-ing the volume of molten pool smaller.KEY WORDS: laser+GMAW hybrid welding of T-joints; numerical analysis; rotation frequency; keyhole; pore激光电弧复合焊具有能实现优质、高效焊接的巨大潜力。
第42卷第9期2015年9月Vol.42,No.9Septebmer,2015中国激光CHINESE JOURNAL OF LASERS 基于熔池数据分析的激光选区熔化成形件翘曲变形行为研究张凯刘婷婷*张长东廖文和南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094摘要因残余应力导致的翘曲变形是激光选区熔化(SLM)技术亟待解决的关键性技术问题。
以两组相同规格的长方体试样为研究对象，基于熔池监测系统采集SLM 成形过程中的熔池数据，对试样翘曲变形和无变形情况下的熔池状态差异进行了对比，从熔池角度分析了翘曲变形的产生机理和具体变形阶段，研究了翘曲变形情况下熔池的变化规律。
试验结果表明，试样的翘曲变形产生于成形初始阶段。
同时，翘曲变形情况下试样成形层的熔池面积减小，熔池光强增加，通过监测熔池的变化状态可以判断SLM 成形过程中试样是否产生了变形。
关键词激光技术;激光选区熔化;熔池监测系统;翘曲变形;残余应力中图分类号TN249文献标识码Adoi:10.3788/CJL201542.0903007Study on Deformation Behavior in Selective Laser Melting Based onthe Analysis of the Melt Pool DataZhang Kai Liu Tingting Zhang Changdong Liao WenheSchool of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing,Jiangsu 210094,China Abstract Deformation resulting from residual stresses is a key problem in selective laser melting (SLM).Thedifferent melting pool conditions between the deformation and normal specimens are compared based on datacollected by the melt pool monitoring system.Furthermore,the forming mechanism and deformation process ofthe specimens is investigated.Results from the experiments suggest that deformation of the specimens occurs inthe initial stage of the process.The melt pool area decreases and the intensity of the melt pool increases.Theexperiments indicate that it is possible to detect deformation of the specimens by monitoring the melt pool behavior.Key words laser technique;selective laser melting;melt pool monitoring system;deformation;residual stressOCIS codes 140.3390;140.3510;140.6810;350.3390收稿日期:2015-03-30;收到修改稿日期:2015-04-15基金项目:国家自然科学基金(51375242,51405234)、江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介:张凯(1989—)，男，博士研究生，主要从事激光选区熔化方面的研究。
铜冶炼闪速熔炼及熔池熔炼技术探讨当前世界上广泛采用的铜火法冶炼方法主要有三种，包括传统熔炼、闪速熔炼以及熔池熔炼。
技术成熟、简易灵活、生产可靠、设备简单等是传统熔炼方法的优点，但其缺点是较低的生产效率，较差的硫回收率，烟气含SO2浓度比较低，烟气处理费用高。
因此，本文主要对闪速熔炼、熔池熔炼技术进行了简要的分析，并进一步探讨了铜的火法精炼、电解精炼等关键环节，希望能够通过不断的分析和研究，切实的提升铜冶炼技术水平。
标签：铜冶炼；闪速熔炼；熔池熔炼1 冶炼工艺选择的基本原则1.1 适应能力在冶炼中，主要有着能够对各种化学成分、粒度的原料进行处理，能够适应处理能力有较大波动等要求，因此所采用的工艺流程必须要适应这些要求。
1.2 高效节能企业要想取得更高的经济效益，生产作业必须要有着较高的效率，能源消耗较少，因此工艺工艺流程的选择必须要满足高效节能的要求。
1.3 技术先进、成熟、可靠，环境友好，排放达标技术的先进性与实用性是工艺流程必须具备的，同时技术的可靠性也至关重要，因此选择的工艺流程必须成熟可靠，技术风险较低。
此外，还需要遵循“以人为本”的原则，工艺系统必须密闭性强、有害烟气泄露少，能够满足清洁工厂的要求。
2 两种冶炼工艺分析2.1 闪速熔炼2.1.1 工艺配置图1为直接炼粗铜工艺的典型流程图。
其与闪速吹炼流程相比有着差异较为明显，主要体现在把闪速吹炼渣返回至之前的闪速熔炼炉中，而不是在单独的炉渣贫化系统中处理。
备料主要是对物料进行干燥和混合。
物料的干燥能够使工艺的总热量实现平衡，此外，还能够更好的控制烟气管路的腐蚀。
然后闪速炉中输送干燥物料。
在反应塔中，物料和氧气进行混合，反应以悬浮物的形式进行，在沉降室中进行熔融相收集，分离出炉渣与粗铜。
在余热锅炉中进行炉子烟气的冷却。
部分烟尘也会被余热锅炉收集，在电收尘器中收集剩余的颗粒，通常所有烟尘都返回炉子中。
视所选择的渣型和氧势而定，在粗铜闪速熔炼炉渣中，铜的含量为15%-25%。
激光深熔焊接运动熔池的动力学行为数值分析张建斌;张健;樊丁;黄健康【摘要】针对连续激光深熔焊接,考虑表面张力、气化压力、浮力和液固之间内部作用力,以及熔池内层流、辐射和气液界面传热传质等因素,建立连续激光深熔焊接激光热源随熔深变化的自适应模型和小孔填充模型,并对熔池的深度、温度分布、流场分布以及相同焊速、不同功率下小孔的动态演变过程进行分析.结果表明:运动熔池形成过程中,焊速为0.08 m/s,功率分别为1 600、2 000、2 400W,焊接时间t ＜7.2 ms时,小孔深度随时间成线性增长,当焊接时间t＞7.2 ms时,小孔深度值发生高频振荡,但深度平均值趋于稳定;随着激光光束的移动,熔池金属绕过小孔,从小孔前部熔池流向后部形成环流,凝固形成“鱼鳞状凝固线”.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2015(041)002【总页数】5页(P22-26)【关键词】激光小孔;VOF;气化压力;动态演变【作者】张建斌;张健;樊丁;黄健康【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TG456.7连续激光深熔焊接其本质是存在小孔效应的焊接过程,其动态演变过程(形成、维持、闭合)对焊缝深度以及焊接质量有着决定性的影响.熔池中出现小孔时,小孔与熔池相互影响,小孔形状和尺寸的改变直接影响到熔池中流体流动和传热过程；而熔池液态金属流场与温度场[1]也反过来影响小孔的形状与尺寸.目前对激光深熔焊接小孔行为、熔池流动的观察以及实验[2],国内外研究人员多采用高速CCD摄像、X射线[3]、可听声监测等试验手段来研究小孔和熔池的耦合行为,但这些实验手段并不能获得全面有效的小孔及熔池内部的流场、压力场及温度场数据.因此,建立合适的综合数学模型,通过数值模拟的手段获得小孔壁面和熔池内部的能量、密度、温度、压强、速度等物理量分布以及小孔实时形貌,对于探讨激光焊接的本质以及有关物理现象具有重要的科学意义.基于小孔内部等离子体对激光热量的反韧致辐射吸收和小孔壁面Fresnel吸收机制,旺任凭[4]、庞盛永[5]等人运用反射吸收热源模型,该方式能很好地描述激光与材料的传热,但是没有考虑等离子体对激光光束的吸收以及等离子体温度对激光吸收率的影响.激光深熔焊接过程中熔池流动和传热行为对焊接过程的稳定性及最终的焊缝质量有着重要的影响.Graf等人[6]研究了动态偏振技术对焊缝表面成形的影响.Arata等人[7]为了观测熔池内部流场情况,采用示踪元素钨对焊接过程中熔池内部流场进行实例性的呈现,该方法首先将钨元素预置于工件上表面,焊接过程中利用X射线高速成相观察钨元素在熔池内部的流动行为.山东大学张涛等人[8]针对穿孔等离子弧焊的工艺特点,建立了随小孔深度动态调整的组合式体积热源模式,考虑了等离子焊接电弧的挖掘作用而形成的倒喇叭状焊缝形貌的特点,描述了等离子弧沿工件厚度方向的热作用,推导了热源深度随小孔深度动态调整的自适应模型.本文在考虑了气化压力、表面张力、Boussinesq浮力、液固之间的内部作用力、对流、热辐射以及气液界面的传热与传质等影响因素,应用了连续激光深熔过程中热源深度随小孔深度动态调整的自适应模型,预测了熔池温度场、流场分布以及小孔形貌的动态演变.采用激光热源随熔深变化的自适应模型,如式(1,2)所示,能实时追踪小孔深度并动态调整热源的深度[9],且能量服从高斯热源分布.假设等离子体的反韧致辐射吸收为常数,不考虑辐射、对流等因素引起的热量损失,计算小孔剖面的形状.式中：R0为激光有效半径；H(t)为随时间变化的小孔深度值；η为激光吸收效率；Q为激光的有效吸收功率.焊接过程中小孔达到动态平衡状态时,小孔壁面所受合力为零,小孔表面受力分析如图1所示,则法向上受力平衡关系如式(3)所示[10]：式中：pa为表面张力引起的附加压力,pg为金属蒸气产生的气化压力,pl为重力引起的液体静压力,pc为向心力产生的压力,pā为表面张力.金属蒸汽气化压力如式(4)所示[11]:式中：P0为大气压力；ΔHlg为气化潜热；Tlg为气液平衡温度.大量实验研究表明：在合理的激光焊接参数下,焊接接头任意截面上的焊缝组织、性能及热影响区形貌相差不大,可以达到一个相对稳定的状态,因此在建立模型之前先做如下假设：1) 焊接过程为准稳态过程；2) 不考虑熔池与气体之间的化学反应；3) 流动方式为层流；4) 除浮力项中密度可变外,不同状态下的物相密度为常数.描述熔池、小孔传热和流动的控制方程包括能量、动量和质量守衡方程.采用焓、孔隙度法来处理焊接过程中凝固熔化问题.在计算区域内的每个单元,每一步迭代中,采用热焓平衡法计算液相体积分数来估算液固界面.定义材料的热焓为式中：href为参考焓,Tref为参考温度,T为温度,CP为比热容,β为液体体积分数,Lm为熔化潜热.能量方程为式中：t为时间；ρ为密度；v为流体速度矢量；k为热导率；Sv为源项.描述熔池流体流动的动量方程和连续行方程为式中：μ为黏度,p为压力,S为动量方程源项.当激光热量作用于工件表面时,随着熔池的形成且不断扩大,在气化压力的作用下形成小孔,同时熔池和小孔的相互作用影响温度场和流场的变化.焊接过程中采用VOF对熔池的气液界面进行追踪,液体体积分数记为φ(x,y,z,t),流体体积分数控制方程为气相边界条件如图1所示，图中AB和BC为outflow,O1A为喷嘴(保护气体的入口),喷嘴半径为1.5mm,保护气体流量为40L/min,速度为0.1m/s,初始条件为O1O2为对称边界条件,对称边界条件如式(11、12)所示:图1中CD为壁面边界,位于工件外表面,考虑壁面对流散热的损失，可表示为式中：n表示法向矢量,αcr是因对流和辐射而散失的热流密度.实验材料为304L不锈钢,其物性参数如表1所示[12].利用CO2激光器进行模拟焊接,光束半径为0.25 mm,激光功率分别为1.6、2.0、2.4 kW,计算时采用正六面体有限差分网格,网格尺寸0.1 mm×0.1 mm×0.1 mm,母材尺寸10 mm×4 mm×6 mm,时间步长设置为1×10-6s.图2给出了焊接速度为0.08 m/s,焊接功率为2 000 W,光斑直径为0.5 mm时,激光深熔焊时模拟小孔形貌和实验结果对比.图3所示为激光功率分别1.6、2.0、2.4 kW、焊接速度0.08 m/s时小孔深度随时间变化曲线.结合图3，并根据当前工艺条件下小孔深度的变化趋势，可以将焊接过程分为3个特性阶段：在第1阶段小孔深度成线性增长；第2阶段小孔深度振荡增长,此时的增长速度比第1个阶段要慢,且随着焊接时间的增长越来越慢；第3阶段小孔深度的平均值趋于稳定,但伴随着高频振荡过程.从图3看出,第1阶段的持续时间非常短,持续时间大约为7.2 ms,第2、3阶段由于小孔内部受热不均,小孔壁面上受到的气化压力不能与表面张力以及金属液体的冲击力保持平衡,因此小孔开始出现振荡.这个小孔形成的模拟结果与X射线实验结果[13]在数量级上大致吻合.图4为小孔的动态演变过程.从图4可以看出,当焊接时间达到7.2 ms左右时,小孔深度的平均值趋于稳定,而在时间t=14.1~26.5 ms的焊接过程中,由于小孔壁面的受力不平衡,导致小孔深度值不稳定.由于激光中心温度比其他位置温度高得多,而且小孔前壁倾角比小孔后壁大一些,这使得激光束移动过程中大部分激光束照在小孔前壁面上,当气、液界面温度高于3 200 K时,在小孔的前壁面发生强烈的气化,熔池前部熔化的金属在气化压力的作用下向熔池后部流动.预置碳化钨薄片于试件表面进行焊接实验,形成的焊缝横截面钨元素分布情况如图5所示.根据焊接实验结果建立连续激光深熔焊小孔填充模型,即第4阶段小孔填充模型.由于激光光束向前移动,熔池后沿温度降低,受到气化压力的作用减小,小孔前沿液态金属向后流动,导致小孔后沿液态金属沿孔壁向上流动,熔池后部(如图6中B 区)金属向下流动形成环流区,液态金属凝固形成向下凸起的“鱼鳞状凝固线”横截面形貌.图7所示为小孔壁面φ(x,y,z,t)=0.5时,小孔后部熔池纵、横截面流场.从图中可以看出,在小孔后壁边沿液态金属沿着小孔壁向上流动,推动熔池边缘附近液态金属从熔池表面流到熔池底部,使得熔池上部环流扩展到熔池底部,且在扩展过程中流速逐渐减小.距离小孔壁面越近，熔池温度相对越高,则流速越大,并受到热传导和对流等因素的影响,熔池金属凝固形成“鱼鳞状凝固线”[15].综合以上分析可知,在熔池形成的各个阶段,小孔壁面周围液态金属受气化压力作用明显,同时也是驱动熔池内部液态金属运动的主要驱动力.1) 连续激光深熔焊接过程中,当焊接时间达到7.2 ms左右时,由于小孔壁面受力不平衡导致小孔深度值发生高频振荡,但深度平均值趋于稳定；2) 基于焊缝横截面钨元素分布,建立了小孔填充模型.小孔前部熔池金属在气化压力的作用下绕过小孔向熔池后部流动,形成局部环流,并受到对流和热传导等因素影响,导致液态金属凝固形成“鱼鳞状凝固线”.【相关文献】[1] 樊丁,霍宏伟,石玗,等.不锈钢薄板TIG焊三维熔池数值模拟与测量 [J].兰州理工大学学报,2013,39(6):19-23.[2] 晏丽琴,樊丁,黄勇,等.耦合电弧对AA-TIG焊接熔深的影响 [J].兰州理工大学学报,2010,36(2):21-25.[3] MIZUTANI M,KATAYAMA S.Keyhole behavior and pressure distribution during laser irradiation on molten metal [C]//Proceedings of the 22nd international congress on applications of lasers and electro-optics,Jacksonville,2003,LIA,Jacksonville,FL,Section A-Welding,2003:25-36.[4] 旺任凭,雷永平,史耀武,等.基于光束跟踪的热源模型在激光焊接中的应用 [J].激光技术,2011,35(1):31-35.[5] PANG Shengyong,CHEN Liliang.A three-dimensional sharp interface model for self-consistent keyhole and weld pool dynamic in deep penetration laser welding [J].Joural of Physics D:Applied Physics,2011,44(18):205-301.[6] GRAF S,STAUPENDAHL G.Generation of a dynamic polarized laser beam for applications in laser welding [J].Journal of Applied Physics,2010,22(2):43102-43106. 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富氧侧吹炼铅工艺与熔炼过程分析摘要：本文对富氧侧吹熔池的结构和富氧侧吹熔池炼铅工艺进行较为详尽的阐述。
实践结果表明采用富氧侧吹法生产铅的作业方法具有环境好、低能耗、流程精简、低成本等优势。
关键词：富氧侧吹炉铅冶炼熔池熔炼还原熔炼1富氧侧吹直接炼铅技术概述1.1富氧侧吹熔池熔炼炉结构简析富氧侧吹熔池的上面为富氧侧吹熔池熔炼氧化炉，下部为富氢侧吹熔池熔化还原炉。
富氧侧吹炉是一种直立的矩形结构，它由炉缸、炉顶、炉身、钢框等部件构成。
炉缸采用耐火原料，在炉缸以上的部分属于炉身，该部位采用铜水套和钢水套管连接。
富氧侧吹炉的最大特征是在炉身两个铜套筒上设置多个一次风孔，将富氧气体注入到熔融渣中。
在富氧气的影响下，熔液剧烈搅拌，加快反应速度。
在炉体两边三个铜套筒上分别设置若干次通风孔，将一定数量的气体吹进炉中，使炉膛中的易燃物质得到完全的焚烧。
三个铜水套以上的炉顶部用钢套管构成。
炉顶钢瓶上装有固体进料口、液体进料口和排气口。
在炉膛一端设置一个虹吸腔，用以对铅矿进行进一步澄清和分离，同时，铅经虹吸腔持续抽出，渣从料口处排出来。
采用滑槽将富氧侧吹氧化室和富氧侧吹还原炉相连通，从而实现对硫化精矿的氧化和富铅还原冶炼。
在富氧侧吹还原炉的一头，在炉顶附近设置液体高铅废渣进口。
1.2富氧侧吹直接炼铅工艺流程富氧侧吹直接炼铅工艺流程见图1。
图1 富氧侧吹直接炼铅工艺流程图富氧侧吹氧化炉和富氧侧吹还原炉是富氧侧吹法生产中的关键技术，采用滑槽将两个富氧侧吹炉串联起来，从而达到生产的目的。
富氧侧吹氧化炉产-次粗铅和高铅渣流入氧化炉的虹吸室内，一次处理后的粗铅可供使用。
虹吸将钢块不断排出，高铅渣通过滑槽向富氧侧吹还原炉内进行。
将二次粗铅和还原后的冶炼渣流入到还原炉的虹吸腔中，用虹吸将二次粗铅不断排出，在烟气中不断喷出还原渣，通过烟气提纯。
三座高炉产生的高温烟气由余热锅炉进行余热回收，富氧侧吹式氧化炉的高温烟气经余热锅炉、电收尘器后送入制酸装置，还原炉与烟化炉高温烟气经过余热锅炉、布袋除尘器后进行脱硫处理即可排空。
焊接溶池形状分析法在水平固定管焊接培训中的应用姜新成张红（新疆电力焊接技术培训中心，乌鲁木齐，830026）Application of the Analytical Methods of Shapes of Welding Molten Pool in Training ofHorizontally Fixed Pipeline WeldingJiang Xincheng Zhang Hong(Xinjiang Electric Welding Technology Training Center, Urumqi, PC: 830026) 摘要水平固定管焊接技术是焊工基础培训的难点和关键环节，容易产生仰焊位置打底内凹；平焊位置打底收弧处弧坑裂纹、未焊透；平焊盖面未熔合，满溢、过烧；断口内部检查有夹渣、未溶合等焊接缺陷。
本人根据多年的教学经验总结出采用熔池形状分析对比的讲授方法，分析焊接操作技术的细微动作，了解几种常见焊接缺陷产生时的溶池形状，指导学员通过观察焊接过程中熔池的形状和熔孔的大小，来确度焊条的送进位置。
实践证明，这种方法把复杂的理论描述简单化，让学员很快领会教练意图，掌握焊接操作技术。
关键词：焊接缺陷溶池缺陷控制Abstract:The technology of horizontally fixed pipeline welding is a difficult point and key step in the welders’ basic training courses. It easily causes such weld defects as internal dents in backing weld at overhead welding positions, crater cracks and incomplete penetration at the positions of retreating the arc in backing weld at down hand positions, lack of fusion, flooding and overheating in cosmetic welding as well as slag inclusion and incomplete fusion in fractures. The authors summarized the teaching methods of applying the analytical comparison of shapes of molten pools, analyzed subtle movements in welding skills, investigated shapes of molten pools when some common weld defects appear and instructed trainees to determine the positions of welding rods through investigations of shapes of molten pools and the sizes of fusing holes. Practice has proven that this teaching method can simplify the complex theoretical descriptions and make trainees appreciate the drill masters’ intentions quickly and grasp welding skills.Key Words: welding; defects; molten pool; defects control单面焊双面成形水平固定管焊接，难度大，技术要求高，焊接过程中溶池形状小，焊条的送进往往需要在毫米间移动，教学中仅靠示范很难让学员掌握要领。
现有教材只是从焊条角度、运条方法讲述了操作要领，还没有通过分析熔池形状讲解焊接技术要领的教材。
焊接过程中溶池变化快，学员只知道焊条角度和运条方法也很难根据实际情况准确地判断下一次焊条送进的位置和时间，导至学员在焊接过程中应变能力差，听、看与送进不能很好地相互配结合，产生了焊接缺陷又不明白是什么原因造成的，学习起来很困难。
采用分析焊接操作时各种位置熔池的形状来确定焊条的送进位置，学员很快能掌握这个项目的焊接技术。
一、焊前准备工艺任何焊接作业，焊前准备工作都十分重要，许多焊接缺陷都是由于准备和装配不严谨造成，因此要培养焊工养成良好的焊前准备工艺作风，避免非操作技术因素造成焊接缺陷。
焊前要求清理管子坡口处20mm油、锈，露出金属光泽，工件按表一要求加工。
检查使用的焊机是否正常，选择直流焊机要检查极性是否正接，焊条必须经过150˚C 1小时烘干后放在保温筒内使用。
表一（mm）表二（mm）焊条电弧焊水平固定管焊接采用V型坡口（如图1）单面焊双面成形焊接技术，我们把管子按钟表时刻划分(如图1)，焊完前半圈，再焊后半圈，6点为仰焊，6点到4点间为仰焊爬坡，3点、9点为立焊，12点为平焊，2点到12点间为平焊爬坡。
表示方法：SMAW-Ⅰ-5G-3.5/57-F1121119876134 52起焊点按钟表时刻划分坡口形式图1二、管子部分焊接位置的熔池分析（前提是在焊接参数选择正确的条件下分析）（1）6点至4点处仰焊至仰焊爬坡焊接难点及容易产生的缺陷图示对照分析图2所示为管子打底6~4点位置，焊接时容易产生内凹，表面焊瘤、夹沟、夹渣缺陷的熔池形状。
图3所示为管子打底6~4点位置，焊接时不易产生内凹，表面焊瘤、夹沟、夹渣缺陷的熔池形状。
出现这种溶池形状可产生夹沟、夹渣缺陷焊条未伸入鈍边处热量分散溶化时间长融化的母材和铁水多，溶池托不住铁水下坠，形成夹沟图2错误的焊条送进位置出现这种溶池形状不易产生夹沟、夹渣缺陷焊条直接伸入鈍边处，热量集中，两钝边很快溶合，溶池薄，不易下坠形成夹沟缺陷。
图3 正确的焊条送进位置图2断口检查时内部有夹渣，背弯检测常常达不到合格要求。
从图2分析是由于焊条没能伸入到坡口根部钝边处，熔池窄而大的椭圆形，后一个熔池压前一个熔池的1/2，溶池重叠较少，电弧相对较长，使热量分散在坡口周围，只能等坡口内周围母材熔化后，钝边才熔化形成熔池，这样相对熔化时间长，母材焊条熔化量都多，加之处于仰焊位置，熔化铁水在自身重力作用下下坠并带出内部母材熔化铁水，产生内部凹陷和外表面焊瘤缺陷。
从熔池形状看，熔池面积、厚度都较大，后一个溶池很难使前一个熔池内气体逸出，再从成形看，焊缝两边有很深的夹沟，焊后管内部焊缝成形多内凹，外表面夹沟很深，盖面时焊条不易伸入到沟槽底部，盖面时无法熔化两边夹沟，还会造成两焊道间内部夹渣缺陷。
正确操作手法是从6点半处引燃电弧后拉长电弧对母材进行预热，看见焊条头前第一滴铁水坠落后，焊条成75°伸入坡口根部钝边部位(如图3)，稍作摆动，熔化约1秒，第一个熔池形成后熄弧。
由于未等坡口周围母材熔化，管子两钝边处已连接形成熔池，相对熔化时间短，铁水熔化量少，熔池重量轻，不易下坠产生焊瘤，焊后管内焊缝成形较饱满，表面沟槽很浅，利于盖面施焊。
焊条送进时必须直接伸入坡口根部钝边处，焊条与焊缝角度随着前进的位置不断调整，焊条与溶池间的距离为2mm，听到击穿声后如果熔池也已形成，立刻熄灭电弧，后一个熔池与前一个熔池几乎成完全叠加形式前进。
每个熔池都较薄，后一个焊接对前一个熔池进行了充分熔化，焊缝内气体容易逸出，不易产生气孔。
熄弧后看熔池是否是细月牙形，如果熔池成窄而大的椭圆形，说明焊条没有送入根部，溶池搭接少或熔化时间过长，下次送进及时调整。
管子打底焊接的目地是让两钝边连接成一体，达到原子间结合，因此在达到目地的前提下打底层较薄为理想。
（2）2点~12点平爬坡位置至平焊位置收弧打底焊接难点和容易产生的缺陷。
121119876134 522-12点焊接位置图4焊接11至12点平爬坡位置焊接时由于管子温度已经很高，如不控制焊条送进位置和熔化时间，容易产生内部焊瘤和塌陷。
焊接时要让熔池保持合适的温度，焊接过程中要时刻注意熔池变化，熔孔宽度一定要比间隙宽0.5~1mm，太大熔池温度高，易产生内部焊瘤，如果没有熔孔出现或熔池单边有缺口（如图5），说明根部钝边熔合不好，会产生未熔合就产生未透缺陷。
两钝边各熔化0.5~0.8mm比较合适，熔池成短轴为3mm，长轴为间隙+0.5~1mm的椭圆形。
熔化时间约为0.7秒钟，后一个熔池压前一个熔池的2/3，只有1/3铁水透至焊缝背面，不易形成焊瘤，焊接角度随着焊接的位置变化而变化。
如果熔池长轴大于间隙宽度1.6mm时，熔化时间须减短或熔池应控制在2/3比例叠加前进。
从熔池形状看，如果两钝边各熔化1-2mm以上，说明熔化时间过长，熔池内液态金属重量增加，加上熔池间重叠的太少，坡口和钝边托不住铁水，导致铁水下坠，形成内部焊瘤，正确的方法熔池成适中长椭圆形月牙，熔化时间短，铁水熔化量少，不会下坠形成内部焊瘤。
出现这种溶池形状会产生单边未透缺陷焊条角度不对，焊接速度如果太快，就会产生单边未透图5图6 我们在焊接过程中每次熄弧都要能看清熔池，如看不到熔池，说明可能熔化时间不够或送进位置太后，没有焊透， 也可能是焊条没有放在间隙正心（如图5），导至电弧热量偏向一边产生了单边不透缺陷。
新考规规定任何焊缝不允许有未焊透缺陷存在，因比必须杜绝未焊透缺陷的产生。
未焊透缺陷主要产生在管子焊接打底最后的接头处，打底最后一个接头为冷接头，其实这个接头最不容易产生未透缺陷，因为对面碰头焊缝是固态金属，溶化需要一定时间。
学习中学员往往误认此处是平焊位置，铁水容易下坠，最怕这焊漏，多数人操作时不敢充分熔化，在两焊缝连接时焊接速度快一带而过造成。
最后一个接头正确的方法是焊接至距某对面接头3mm 时采用短弧摆动连弧焊接法，在即将接头的前一秒钟将焊条对准对面冷接头作摆动前进，至两边搭接3mm后收弧。
图示对照分析图8所示为管了打底最后收弧点（12点处）容易产生缩孔、星状裂纹、弧坑裂纹等缺陷的熔池形状图9所示为管了打底最后收弧点（12点处）不易产生缩孔、星状裂纹、弧坑裂纹等缺陷的熔池形状。
溶池在高温下急剧冷却，焊缝不饱满会产生星状弧坑裂纹图71、2、3分别表示收狐时最后3次的溶化时间1、2、3分别表示收狐时最后3次的溶化时间图8 图9图9是管子打底收弧最易产生的缺陷，熔池很大，呈沸腾状，收弧的3个动作间隔时间短，熔化时间长，熔池在高温下急剧冷却产生缩孔、弧坑裂纹。
