【基于虛擬儀器的焊接工藝監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)】

　　功能/作用介紹

　　簡(jiǎn)介

　　設(shè)備由傳感器、屏蔽接線盒、單片機(jī)、調(diào)理模塊以及PCI卡等組成的硬件系統(tǒng)和由焊接電流、電壓信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊、多通道熱電偶溫度監(jiān)測(cè)模塊以及焊接質(zhì)量分析模塊組成的軟件系統(tǒng)組成。

　　所自制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)四個(gè)功能：

　　1. 焊接電信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。通過(guò)霍爾傳感器采集焊接過(guò)程的動(dòng)態(tài)電壓及電流信號(hào)并利用虛擬儀器表達(dá)及保存。

　　2. 焊接電信號(hào)分析及焊接質(zhì)量預(yù)測(cè)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析、頻譜分析、U-I分析、概率密度分析以及相關(guān)性分析。判斷焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)焊接過(guò)程的熔滴過(guò)渡頻率和形態(tài)，焊接熔池以及飛濺大小。

　　3.利用熱電偶焊接溫度場(chǎng)進(jìn)行多通道實(shí)時(shí)測(cè)量。對(duì)焊接過(guò)程熱影響區(qū)等區(qū)域的溫度變化實(shí)時(shí)記錄并作為有限元分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及溫度場(chǎng)判定依據(jù)。

　　4.多通道溫度采集可實(shí)現(xiàn)其他熱加工實(shí)驗(yàn)中對(duì)工件溫度實(shí)時(shí)采集。

　　所自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備建立了一個(gè)基于虛擬儀器的焊接過(guò)程中監(jiān)控、記錄、分析綜合系統(tǒng)。虛擬儀器是一種以計(jì)算機(jī)作為處理核心，以軟件作為儀表功能實(shí)現(xiàn)的新型測(cè)試儀器系統(tǒng)。由于其以軟件作為二次儀表核心的特點(diǎn)決定了其功能強(qiáng)大、更新快以及易于擴(kuò)展和定制的特點(diǎn)，非常適合于多產(chǎn)品、多設(shè)備、不同工藝的焊接實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)備同時(shí)具有界面友好、安裝操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

　　所自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備克服了探傷以及剖切后進(jìn)行接頭性能及組織檢驗(yàn)等傳統(tǒng)的后驗(yàn)性焊接質(zhì)量檢測(cè)方法為非穩(wěn)態(tài)的焊接過(guò)程提供了實(shí)時(shí)檢測(cè)以及質(zhì)量分析。

　　事實(shí)上焊接過(guò)程的穩(wěn)定性可以通過(guò)對(duì)焊接過(guò)程中的參數(shù)測(cè)量以及分析來(lái)判斷，進(jìn)而較為精確地預(yù)測(cè)焊接質(zhì)量。焊接過(guò)程中的各種參數(shù)是反映焊接質(zhì)量信息的有效載體，其中電信號(hào)就包含著豐富的信息,它不僅包含了焊接電源信息,而且包含焊接質(zhì)量的信息：熔滴過(guò)渡頻率和形態(tài)，焊接過(guò)程的穩(wěn)定性以及飛濺大小等。對(duì)氣體保護(hù)焊中走絲速度以及氣體流量等的進(jìn)行監(jiān)測(cè)也能夠很好地控制焊接質(zhì)量。多種參數(shù)分析聯(lián)合分析相互印證也會(huì)增加焊接過(guò)程分析可靠性和準(zhǔn)確性。

　　焊接過(guò)程中各種外界因素的擾動(dòng)，包括焊接電弧漂移、電弧斑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)等的無(wú)規(guī)律變化;網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)、導(dǎo)電嘴接觸狀況等原因使焊接電流變化而引起的熱輸入變化等，穩(wěn)定性有時(shí)可能被破壞。因此對(duì)焊接過(guò)程各參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與分析對(duì)保證焊接過(guò)程的順利進(jìn)行和焊接接頭的質(zhì)量具有重要意義。

　　哈爾濱工程大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2010年在焊接過(guò)程數(shù)值模擬以及熱處理虛擬儀器測(cè)溫的基礎(chǔ)上開始基于虛擬儀器的焊接信號(hào)測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)，于2011年取得實(shí)驗(yàn)室成果并獲得哈爾濱工程大學(xué)校級(jí)基金支持進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用開發(fā)。于2013-14學(xué)年應(yīng)用于材料科學(xué)與工程和材料物理專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

　　目前隨著焊接信號(hào)監(jiān)測(cè)研究的深入，該類儀器逐漸走入工程應(yīng)用。德國(guó)HKS公司無(wú)疑是儀器提供商中的佼佼者，他們生產(chǎn)的焊接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、焊接掃描儀、焊接分析儀分別在自動(dòng)焊接的在線監(jiān)測(cè)、信號(hào)記錄以及質(zhì)量分析等方面達(dá)到了工程應(yīng)用水準(zhǔn)。但是其傳統(tǒng)儀器的形式使其功能單一(需要三個(gè)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、記錄和分析功能)且缺乏可擴(kuò)展性，尤其是對(duì)手工焊接的應(yīng)用較為欠缺，其動(dòng)輒幾百萬(wàn)的價(jià)格也是應(yīng)用不廣的原因之一。國(guó)內(nèi)很多大學(xué)包括焊接領(lǐng)域領(lǐng)先的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)等學(xué)校先后開展了各類焊接過(guò)程電信號(hào)以及熱、光信號(hào)的研究并在理論上取得了大量突破，但是缺乏在教學(xué)中的應(yīng)用，更未見工程應(yīng)用報(bào)道。我們自制的焊接信號(hào)監(jiān)控分析系統(tǒng)則在完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)為中船重工重慶齒輪箱公司開發(fā)手工電弧焊電信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)并投入生產(chǎn)以及為哈爾濱電氣集團(tuán)動(dòng)裝公司研發(fā)氬弧焊焊接電信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)用于外協(xié)件焊接質(zhì)量監(jiān)控。從而取得了第一手的工程應(yīng)用數(shù)據(jù)并將之反饋于儀器開發(fā)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

　　作品名稱：基于虛擬儀器的焊接工藝監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)

　　完成單位：哈爾濱工程大學(xué)