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[建议] 用高速相机观察焊接过程,改进焊缝质量

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发表于 2014-3-17 16:01:11 | 显示全部楼层 |阅读模式

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高速相机观察焊接过程,改进焊缝质量
在焊接在线实时质量检测应用中,机器视觉系统观测区域光强变化非常剧烈,要求相机动态范围尽可能的大。在这种的应用中,普通的高速相机因为有“Blooming”,“Smear”效应导致图像质量劣化以及较小的动态范围而不是很适合。而高速相机拍摄图像清晰,质量高。

高速工业相机是针对焊接在线实时质量检测应用优化的高速工业相机,是获取焊接熔池的清晰图像,避免焊接等离子体辐射湮没焊接熔池的边缘等细节信息的重要保证。

【1】于露等,对双丝脉冲MAG 焊的熔滴过渡及工艺特征进行研究,在试验过程中采集了焊接电流、电弧电压信号,并用高速摄像机对焊接过程的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄.

在上述试验系统,利用高速摄像机拍摄图片,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了脉冲峰值电压与脉冲基值电压、两个焊丝在垂直于焊道方向上的距离、焊枪倾角这三个因素对电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形与焊缝几何尺寸的影响。确定了最理想的脉冲峰值-基值电压,并且发现在文中所述试验参数下,焊丝间距11 mm 为两电弧形成共熔池、同焊道的上临界距离.结果表明,随着焊枪倾角的增加,焊缝熔深增加,熔宽减小,在焊接速度和送丝速度不变的前提下余高增加.高速相机的拍摄图像,如图一:

图一


【2】王小博等 利用高速相机研究铝合金薄板低功率活性Nd:YAG激光焊的作用机理,在研究NaCl、ZnCl2、LiCl 和 KF 等卤化物活性剂对激光焊接铝合金焊缝熔深的影响,发现卤化物活性剂能够使焊缝熔深明显增加。

同时,运用高速摄像机及光谱诊断的方法来分析卤化物活性剂对铝合金激光焊过程中等离子体温度、体积等物理参数的影响,并利用“双钨片”试验来分析卤化物活性剂对熔池金属流动状态的影响,以研究卤化物活性剂对增加焊缝熔深的作用机理。

试验结果表明,卤化物活性剂的加入不仅能够降低激光焊等离子体的温度,使得等离子体对激光的散射、折射和逆韧致吸收减小,导致透过等离子体照射在试件表面的激光功率密度增大,使激光对试件的热输入增加,焊缝熔深增大;而且,卤化物活性剂的加入还会使熔池金属的流动状态发生改变,使得焊缝熔深增加。高速相机拍摄的图像,如图二:

图二


【3】刘双宇等CO2激光- MAG 电弧复合焊接工艺参数的优化在实验中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,可为复合焊接的工艺参数优化指明方向.瞬时焊接电流和瞬时电弧电压概率密度分布曲线向中间收敛,高电流和高电压区概率较小时,有利于焊接过程的稳定.激光能量影响熔滴的过渡频率,激光功率增加,易发生颗粒过渡或短路过渡。高速相机的拍摄图像,如图三:

图三


参考文献:
【1】于露等,双丝脉冲MAG 焊的熔滴过渡及工艺特征,焊接学报。
【2】王小博等,利用高速相机研究铝合金薄板低功率活性Nd:YAG激光焊的作用机理,机械工程学报。
【3】刘双宇等CO2激光- MAG 电弧复合焊接工艺参数的优化,焊接学报。第32卷第10 期。
自动化焊接是当今工业自动化的重要组成部分,而焊接过程中的实时质量检测与控制则是技术重点和难点。焊接在线实时检测就是边焊接边检测,发现有质量问题,可立即采取相应措施。实时在线检测采用的传感器有超声波传感器、温度场传感器、电弧传感器及视觉传感器等,其中视觉高速摄像机所获得的信息量大,结合计算机视觉和高速摄像机图像处理的最新技术成果,大大增强了自动化焊接机器人的外部适应能力,其研究和发展最引人注目。

【1】向康等在研究高速摄像的引线键合高尔夫球现象形成规律实验,在这个实验中利用高速摄像机系统记录不同打火参数下打火杆放电、尾丝熔化成球的序列图像。通过 MATLAB 对高速摄像机拍摄的图像进行图像处理,得到最终成球的直径及其球心与尾丝中心线的偏距。结果表明:在较大的打火电流( I =60mA) 或较小的预设球直径( D =40. 64μm( 1. 6mil) ) 等条件下,球心与尾丝中心线的偏距不稳定且相差较大,易出现高尔夫球现象,严重影响引线键合的质量。

【2】张勤练等,在利用高速相机对不锈钢超声- 脉冲TIG 焊缝的组织与性能的研究。超声辅助TIG 焊是一种新型高效焊接方法.前期研究中采用的是直流,而实际焊接中多用脉冲. 采用超声辅助脉冲TIG 焊方法焊接不锈钢1Cr18Ni9Ti,对焊接接头的组织和性能进行了分析,讨论了焊缝熔深增加、组织细化的机理.结果表明,施加超声振动后,焊缝熔深增加1 倍以上,焊缝区组织细化,基值电流期间电弧压缩明显,接头抗拉强度和断后伸长率都有所提高.分析认为声流力是焊缝熔深增加的主要动力,声空化与声流搅拌的共同作用使焊缝组织细化.

【3】刘凤德等,对激光功率对CO2 激光-MAG 电弧复合焊电弧与熔滴行为的影响的研究。采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采高速相机拍摄的集焊接过程中的电弧和熔滴图像,利用电弧分析仪记录电弧信号,通过试验深入研究激光功率对CO2 激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接的电弧形态、焊接稳定性、熔滴过渡频率的影响。研究表明,焊接电流的增加减小了实际热源间距,并且实际热源间距在2 mm 附近效果最佳;带电粒子在主辅导电通道内的运动产生扰动或漂移、焊接模式的跳变和过渡模式的改变是电流、电压波形出现紊乱和尖角波形的主要原因;激光的加入降低了熔滴过渡频率和过渡稳定性;焊接电流为160 A、180 A 时,激光-电弧复合焊接的熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而先减小后增大,但其过渡频率介于160 A 和180 A 电弧焊接时熔滴过渡频率之间。

图四


参考文献
【1】向康等,基于高速摄像的引线键合高尔夫球现象形成规律实验研究,焊接学报. 2011—11—30.
【2】张勤练等,利用高速相机对不锈钢超声-脉冲TIG 焊缝的组织与性能,焊接学报。
【3】刘凤德等,对激光功率对CO2 激光-MAG 电弧复合焊电弧与熔滴行为的影响,机械工程学报。
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