基于高速摄像的焊接复合电弧与电信号同步采集分析系统

为了满足焊接过程中对复合电弧图像及多路电信号研究的需要,以计算机技术、Lab VIEW开发环境为基础,开发出电弧图像与焊接电信号同步采集与分析系统。系统硬件包括高速摄像机、同步控制器、电信号采集电路、激光背光源、运动控制平台、工控机等,系统软件包括同步采集模块、回放模块和数据分析模块等。实验结果表明,系统能够实现复合电弧的电弧图像与多路电信号的同步采集、回放以及焊接特征参数的统计与分析,可以作为深入研究复合焊和各种电弧焊的有效测试平台。     

交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析

为了研究交流CMT焊接过程中的电弧形态及熔滴过渡过程,采用高速摄像技术结合焊接电参数采集系统,拍摄了清晰的交流CMT电弧及熔滴图像,同步采集了电参数的波形数据,将二者结合起来分析.结果表明,交流CMT电弧经历燃弧-形成熔滴-熄弧过程;正极性阶段焊丝端头电弧集中,工件表面电弧发散,形成"钟罩"形电弧;负极性阶段电弧有"上爬"现象,该现象会加速焊丝熔化;熔滴过渡经历冷-热-冷的转换,无缩颈形成;负极性阶段的焊丝熔化速度相对较快,熔滴过渡周期小于正极性阶段,熔滴直径比正极性阶段的略大.     

焊接过程高速图像和工艺参数的同步记录与分析

高速摄像和数据采集是研究焊接过程中电弧、熔滴过渡或熔池等动态行为的重要技术手段.采用同步控制拍摄高速摄像和数据采集的技术,建立了高速图像和工艺参数同步记录与分析系统.系统包括高速摄像机、同步信号发生器、高速数据采集装置及图像与波形同步播放软件.同步信号发生器可适用于20～200000帧/s的高速摄像同步与触发控制.基于PC的数据采集装置,在200kHz采样频率下可实现4路焊接参数的同步采集.结果表明,系统可作为焊接材料、工艺性能、过程控制等研究中对动态过程进行记录与分析的有力工具.     

SACTIG与VPTIG电弧稳定性的比较分析(一)

采用高速录像系统、焊接电弧分析仪同步实时采集SACTIG（sine alternative current TIG）与VVFIG（variable polarity TIG）焊接电流、电弧电压、电弧形态信息。比较分析了SACTIG与VPTIG焊在焊接电流过零期间,焊接电弧稳定性与相关参数之间的关系。研究表明,工频正弦交流TIG电弧电流过零期问可能会发生熄弧和再引弧现象。焊接电流增加到一定值时,就可消除熄弧和再引弧现象,使工频正弦交流TIG电弧也具有良好的电弧稳定性。再引弧电压越高,电弧稳定性越差;再引弧电压等于电弧电压,就不会发生熄弧和再引弧现象。     

变极性TIG焊接电弧多信息测试分析系统

以研制的变极性TIG焊接电源为实验平台,采用记忆示波器、高速摄像救、光谱分析仪、焊接电弧动态分析仪,建立起变极性TIG焊接电弧多信息测试分析系统,同时采集焊接电流、电弧电压、电弧形态和电弧光谱等重要信息。并基于Visual C-语言开发的软件系统对采集的各种信息进行融合及分析。     

SACTIG与VPTIG电弧稳定性的对比分析(二)

利用高速录像系统、焊接电弧测试分析仪同步实时采集正弦交流TIG(SACTIG)和变极性TIG(VPTIG)焊接电流、电弧电压、电弧形态信息,以再引弧过程中两电极空间气体的平均电导变化率为判据,建立了VPTIG电弧稳定性数学模型;比较分析了SACTIG与VPTIG焊接电流过零期间,焊接电弧稳定性与相关电学参数之间的关系.试验表明,VPTIG与SACTIG电弧本质上同属ACTIG电弧,虽然两者相关电学参数对电弧稳定性影响的规律方面是一致的;但是VPTIG与SACTIG电弧在产热、散热、极性转变特性、焊接电源空载电压、焊接电流波形等方面存在差别,两者电弧稳定性表现出许多不同特点.VPTIG和SACTIG焊接电弧稳定性分别随VPTIG焊接电源施加在两电极之间空载电压的上升斜率和SACTIG电源空载电压频率增大而提高;再引弧电压Ur越高电弧越不稳定;焊接电源空载电压越高电弧越稳定;焊接电流越大电弧越稳定.     

焊接电弧信息测试分析系统

以焊接电流、电弧电压、电弧光谱为信息源，开发了一套可进行信号采集、信号处理、信息提取的焊接电弧信息测试分析系统，并可实现同步高速摄影。研制的电弧电压、焊接电流传感器具有良好的强弱电隔离性能，良好的输出信号品质，很好地保护了采集卡及计算机。设计的电弧光谱传感器信噪比高，可得到品质良好的电弧光谱信号。基于Visualbasic语言开发的软件系统可采集多路焊接电弧信号，并可对采集的信号进行瞬时分析和统计分析，以提取有价值的焊接信息。     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.     

动态CMT焊接过程分析

动态CMT焊接是对传统CMT焊接的改进,以期获得较大的熔深。采用高速摄像同步分析系统分析了动态CMT焊接过程熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,动态CMT焊接熔滴过渡增高至110 Hz以上;从电流电压波形上看,动态CMT分为3个阶段,即燃弧,强脉冲和短路3个阶段。在强脉冲阶段,电流峰值达493 A,而在短路阶段电流为75 A以上。T形接头焊接结果显示,在相同焊接热输入下,动态CMT比普通CMT能够获得更大的熔深.熔深增加是由于强脉冲阶段大的电弧力造成熔池表面下凹,电弧下方液态金属层变薄使得熔池底部加热作用明显;同时短路电流的增加,也提高了熔池温度和焊丝预热效果。     

双丝间距对双丝脉冲GMAW焊缝成形的影响

针对双丝焊中焊接稳定性差的问题,搭建了双丝Tandem GMAW焊接系统平台,利用高速摄像及电信号采集系统,同步记录3种不同双丝间距下的电弧形态和熔滴过渡、焊接电流及电弧电压波形,研究主从丝间距对焊接过程稳定性的影响.结果表明:对于12mm厚的P355NL1正火钢,选用直径1.2mm的IS014341-A-G 4Sil...     

TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨

在TIG-MIG复合焊中,先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧,且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像,研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明,细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键;TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外,基于气体间隙击穿的流注理论,探讨了细长放电通道的形成过程,揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.     

CO_2激光-MAG电弧复合焊接工艺参数的优化

采用汉诺威分析仪和高速摄像机采集了CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中的电信号和熔滴过渡图像,研究了焊接电流、电弧电压、激光功率等参数对复合焊接瞬时电压和电流信号、电压和电流概率密度分布、熔滴过渡特征和工艺稳定性的影响.结果表明,将汉诺威分析仪和高速相机相结合能提供丰富的焊接电弧物理指数和熔滴过渡形态信息,可为复合焊接...     

弧焊参数采集与分析系统在熔化极气体保护焊中的应用

通过综合运用数据采集卡的模拟输入输出功能以及高速摄像的外部触发功能，利用虚拟仪器LABVIEW和高速摄像设备，开发了一套弧焊参数采集与分析系统。该系统可以对焊接过程的电信号信息和熔滴过渡图像信息同步采集，并对采集的电信号进行滤波处理、统计分析、U-I分析、相关性分析、FFT变换、STFT变换、功率谱分析等时域和频域的分析。将该系统应用于GMAW(gas metal arc welding)过程中，通过综合分析电信号与熔滴过渡图像的关系以及焊接电流变异系数与频率的关系，可以直观地反映出焊接过程稳定性和电信号与熔滴过渡的关系，为波形控制和熔滴过渡控制提供理论依据，有利于优化GMAW过程。     

焊接多信息同步采集系统构建

为了更有效地提取有价值的焊接信息,建立了可实现对焊接电信号、高速摄像与光谱信息的同步采集的焊接多信息同步采集系统。并对给定触发脉冲下获得的焊接电信号、高速摄像照片和光谱信息进行比较分析,发现这三者在时间上具有很好的对应关系。即实现了焊接多信息的同步采集与分析,对进一步诊断其他焊接方法在各种状态对电弧的影响奠定了基础。     

水深环境下湿法焊接声压替代图像信号可行性分析

水深环境下水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)受周围电弧气泡生长的影响,其状态需要通过信号采集. 文中首先搭建水下湿法焊接试验平台,进行湿法药芯焊丝焊接试验,对焊接过程中的气泡声压信号、高速摄像信号、电弧电流电压信号,进行同步采集;然后对比了引弧阶段下浅水和20 m水深的气泡动态演变图像及其声压信号,结合20 m水深稳弧阶段信号,发现气泡脉冲声信号与气泡图像在气泡大小、爆破周期等演变细节上有着很好的对应关系,但随着水深增加,烟尘导致图像信号更加模糊. 最后对水下20,40 m的环境中获取到的电弧从引弧到稳弧阶段的声电信号,进行对照分析. 结果表明,气泡声压信号可以清晰地反映出气泡的变化状态,深水下声压信号替代高速摄像具有可行性.     

激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统及工艺开发

为了对激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊工艺及理论进行研究,构建了激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统,双电弧的电源各自独立,电源的脉冲控制方式为推挽式.利用该系统进行焊接工艺试验,在焊接过程中,同步采集双路焊接电流、电弧电压信号,并进行高速摄像.结果表明,所构建的激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统能够进行稳定焊接,焊缝成形美观,且加入激光后,激光对电压的影响较明显,电压信号的稳定性增强.     

水下湿法药芯焊丝焊接气泡动态演变与其声脉冲分析

水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)以操作适用性好等优点在海洋设施维修中占有重要地位,焊接区域周围动态变化的气泡生长会影响焊接电弧的稳定性. 文中通过搭建水下湿法焊接试验平台,进行了湿法药芯焊丝焊接试验,利用传感器对焊接过程中的电弧电流电压信号,气泡声信号以及气泡高速图像进行了同步采集;研究了气泡声信号与气泡高速图像的对照关系,并对气泡声信号与电弧电流电压信号进行同步分析,获得了不同电弧燃烧状态下的气泡演变行为,以气泡声信号的变化来反映气泡演变对水下湿法焊接电弧燃烧的稳定状态的影响. 结果表明,气泡声信号可以清晰地反映焊接电弧燃烧的各种状态,能对不同气泡演变模式进行分类,并可从中分析其与电弧燃烧特性的对应关系.     

CO2焊短路过渡过程的同步多信息分析及试验

采用高速摄像技术记录CO2焊的高速变化的短路过渡物理过程,利用计算机数据采集系统通过传感器采集多路信息,成功的实现了焊接电弧及熔滴过渡影像与电弧电压和焊接电流波形的同步控制,通过对照分析高速摄像所拍的影像和电信号检测法所得的波形关系,获得了所反映的焊接短路过渡过程信息,分析了CO2焊短路过渡过程的物理特征,提出了CO2焊短路过渡过程的不同阶段的合理控制方案,依此方案进行波控实验。实验结果显示,飞溅减少,焊缝成形改善。     

等离子-MIG复合焊接熔滴过渡及电弧耦合特性研究

通过电信号采集系统和高速摄像采集系统对等离子-MIG复合焊接的电流信号、电压信号和熔滴过渡过程进行了同步采集,研究了等离子-MIG复合焊在不同焊接规范下最佳的熔滴过渡方式,对等离子电流对熔滴过渡的影响及复合焊接电弧耦合关系进行了分析。结果表明,等离子-MIG在不同焊接规范下均能实现良好的射滴过渡。在等离子-MIG复合焊接过程中,等离子电流对MIG焊的焊丝伸出长度和熔滴过渡有影响,随着等离子电流增加,MIG焊焊丝伸出长度逐渐缩短,直至由一脉一滴转化为一脉多滴;等离子弧与MIG弧相互耦合,MIG弧的加入使得等离子弧的电压升高,而等离子弧对MIG弧几乎没有影响。     

CMT电弧特性对5A56铝合金增材制造构件组织与性能的影响

为了研究CMT电弧特性对铝合金增材制造构件组织与性能的影响,采用CMT、CMT-VP及CMT-P三种电弧形式分别对5A56铝合金进行电弧增材制造.通过高速摄像同步采集系统分析增材制造中的电弧形态及熔滴过渡过程进行跟踪,研究电弧特性对铝合金增材制造构件微观组织与力学性能的影响.试验结果表明:电弧特性对电弧行为和熔滴过渡都产生影响,CMT-VP电弧的EN阶段电弧形态发生变化,弧根上爬包裹熔滴,极区热量使焊丝熔化量增加;CMT-P中脉冲阶段电弧电压和电流都处于峰值且电流峰值较高,导致电弧力较大,熔滴过渡呈滴状,熔池振荡;在焊接电流与熔敷速度相同情况下电弧的线能量大小为CMT-P>CMT>CMT-VP,较低的热输入量使得CMT-VP电弧下薄壁试样的晶粒尺寸最小,组织分布较为均匀,且CMT-VP电弧下试样的力学性能更为优异,硬度均值最高,达到86.01 HV,横向与纵向抗拉强度均最大,分别为344.68?MPa和324.61?MPa,其延伸率分别为30.33％和21.04％.而CMT-P电弧的热输入最大,易形成粗晶组织,力学性能较差.