第十三届中国北方焊接学术会议：千眼狼高速摄像技术赋能焊接增材机理创新研究
近期，第十三届中国北方焊接学术会议于河北石家庄隆重召开。本届大会以“绿色、智能、融合：先进连接技术创新与产业发展”为主题，聚焦焊接工艺与装备、金属增材制造技术与装备、焊接自动化与智能化等前沿方向展开研讨与产学研交流。
图1 第十三届中国北方焊接学术会议开幕式盛况
在所有前沿研究与技术攻关背后，焊接/增材瞬态物理行为观测、工艺缺陷机理溯源、多物理场耦合解析，是制约技术突破与工艺迭代的共性技术瓶颈。为此，千眼狼高速摄像机资深行业专家程杰作题为《基于高速摄像技术的焊接增材技术创新》的专题报告，分享基于高速摄像技术实现对焊接与增材过程微观物理机制的精确感知与控制。
图2千眼狼资深行业专家做《基于高速摄像技术的焊接增材技术创新》报告
一、焊接增材领域研究核心技术痛点
焊接与增材制造领域的研究无论是电弧焊中的熔滴过渡动力学、激光焊中的匙孔不稳定性与气泡演化，还是增材制造中的熔池流动、飞溅行为与气孔形成，这些发生在毫秒至微秒尺度的瞬态物理现象，其演化规律直接决定焊接最终的成形质量与服役寿命。
高速摄像机已成为焊接与增材机理研究不可或缺的标配科研装备。但在焊接高温、强光、烟尘、强电磁干扰的极端工况下，常规成像设备开展高质量过程观测仍存在两大核心难题：
1. 极端光照与动态范围失衡：焊接电弧辐射强度极高，而熔池内部、匙孔空腔处于低照度暗区，普通高速摄像机易出现大面积过曝或细节缺失，无法分辨熔滴、熔池、粉末流场关键特征。
2. 多系统时序精确同步难：焊接电压、电流电信号波动与熔滴过渡、匙孔开合、熔池振荡存在强耦合关联，要实现实时图像-电参数联合分析，必须保障高速摄像机、激光照明与电信号采集系统微秒级精准同步，通用设备难以满足时序匹配要求。
二、千眼狼焊接高速摄像系统的技术路径
针对焊接行业极端工况观测痛点，千眼狼打造焊接专用高速摄像机 + 激光主动照明 + 同步控制器 + 电信号采集与分析一体化完整解决方案，构建强光抑制 — 高速采集 — 时序同步 — 图电联合分析全链路技术体系。
1.弧光强光抑制技术：
采用大功率脉冲激光主动照明搭配特殊波段光学滤波技术，有效压制电弧辐射干扰，清晰分辨熔滴轮廓、熔池流动形态、金属粉末轨迹及匙孔内部细节，适配电弧焊、激光焊、电弧增材、激光增材全场景观测。
2.焊接专用高速摄像机硬件平台：
S1315高速摄像机，1280×1024分辨率下可达15000 fps
G536 Pro 高速摄像机，2560×2016分辨率下3600 fps，兼顾大视场与细节清晰度，标配12 Bit高图像位深和高动态图像解析能力，适配焊接明暗反差极大的复杂成像环境。
3.微秒级多源时序同步：
配置专用工业同步控制器，实现高速摄像机成像、脉冲激光照明、焊接电压/电流信号采集系统微秒级时序同步，确保每一帧高速图像均可对应精准的电参数时序信息，为机理建模与定量分析奠定数据基础。
4.图电联合分析：
系统支持焊接电信号宽量程采集：电流检测范围±1000 A，电压±100 V，采样频率100 kHz，具备电信号同步采集、存储、波形回放功能，可自动生成电流-电压图（U-I图）、电流电压概率密度分布图，并输出电流/电压平均值、均方根、标准差等量化统计指标，适配学术研究论文数据支撑与企业工艺数据库搭建。
图3 千眼狼电信号采集系统
三、千眼狼高速摄像系统的典型工程实践案例
千眼狼(Revealer)焊接专用高速摄像系统，已在电弧焊、激光焊、金属增材制造等主流场景完成大量科研与工程验证，形成标准化应用方案。
1. MIG焊熔滴过渡与熔池行为的高清观测
观测难点：铝合金MIG焊过程中电弧辐射强烈，熔滴过渡频率高，常规成像手段难以同时获取熔滴形态、熔池表面流动细节，也难以建立熔滴行为与焊接电参数波动的内在关联。
系统配置：采用千眼狼(Revealer)高速摄像机S1315，设定5000 fps采集速率，配合大功率脉冲激光前向照明抑制弧光。同时，接入千眼狼(Revealer)电信号采集模块，并通过同步控制器实现高速摄像、脉冲激光与焊接电信号的硬件级微秒同步。
应用价值：系统记录了熔滴脱离焊丝端头、穿越电弧区间及落入熔池的完整轨迹，并同步呈现熔池边界与液态金属流动行为。每一帧图像均有对应的电压、电流波形数据，可生成电流-电压特性图、电压/电流频率密度分布图，以及均方根值、标准差等统计指标。这种“图像-电信号”帧级对齐的分析能力，为定量研究熔滴过渡频率、尺寸与电参数波动之间的内在关联提供了直接依据，可支撑焊接电源特性评估与工艺参数如电压、送丝速度等的协同优化。
图4 MIG焊熔滴过渡采用高速摄像机以5000 fps与电信号采集系统同步观测分析
2. TIG焊电弧形态与熔池铺展精细化观测
观测难点：TIG焊常用于薄板、不锈钢高精度构件焊接，电弧稳定性、熔池铺展行为直接决定焊接质量，但强弧光容易遮蔽熔池细微特征，常规观测手段难以表征。
系统配置：采用千眼狼S系列焊接高速摄像机，设置1000 fps采集帧率，搭配适配功率的激光辅助照明。
应用价值：可有效抑制弧光，呈现钨极电弧形态演化、熔池边缘的铺展行为以及保护气流对熔池表面的扰动规律，为精密TIG焊工艺优化、异种材料焊接机理研究提供可视化依据。
图5 TIG焊电弧与熔池铺展行为使用高速摄像机以1000 fps观测
3. 激光深熔焊中的匙孔动力学与熔池行为观测
观测难点：激光焊中匙孔处于剧烈震荡状态，其开口形态、熔池金属流动以及飞溅产生机制是研究核心，对设备的强光抑制能力、成像帧率、动态范围要求极高。
系统配置：选用千眼狼(Revealer)G536 Pro高分辨率焊接高速摄像机，以8000 fps采集速率，搭配大功率激光照明系统，对激光焊区域实时拍摄。
应用价值：捕获了激光作用下匙孔开口的动态演变、熔池表面的波动以及微细飞溅的喷射轨迹。基于高速摄像机捕捉的序列图像时序演化分析，可定量表征匙孔开口面积波动周期、熔池表面波动的传播速度、飞溅生成与匙孔塌陷之间的时序关系。结合电信号同步分析，可分析激光功率调制下匙孔行为的相位响应规律，为激光焊接缺陷抑制、工艺参数优化、增材制造激光工艺研发提供技术支撑。
图6 激光焊行为使用高速摄像机以8000 fps观测
四、总结与展望
焊接与增材制造的本质，是对热-力-流-相变等多场耦合过程的精准调控。从安藤弘平时代背光法、胶片相机的开创性观测，到如今数字式高速摄像机、激光辅助照明、图电同步分析的技术体系，高速摄像技术使焊接与增材制造研究从基于经验推断转向基于可视化数据的精确研究。
紧扣第十三届北方焊接学术会议所倡导的“绿色、智能、融合”主题，千眼狼焊接高速摄像机，将以高时空分辨率成像、全链路时序同步、专业数据解析能力，服务高校焊接机理研究、企业焊接工艺迭代、智能焊接机器人与增材成套装备研发，助力推动全国焊接学科进步、产业升级与制造强国建设。