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基于频率域运算的脉冲GMAW熔滴图像的线性处理王广伟;蔡艳;华学明;吴毅雄【期刊名称】《焊接学报》【年(卷),期】2007(028)007【摘要】通过微距高速摄影系统对脉冲GMAW过程进行拍摄,熔滴图像存在较多的焊接烟尘以及电弧光导致的环境噪声和衍射条纹,对进一步通过图像算法定量计算熔滴尺寸、缩颈变化等特征参数造成困难.因此在保证图像处理前后性质不变的条件下,采用频率域运算方式,设计了针对脉冲GMAW熔滴图像的衰减低通滤波器、高斯低通滤波器,并结合灰度映射和拉普拉斯叠加算法建立起了熔滴图像线性处理结构.结果表明,频率域的运算与线性处理结构的结合能够获得与噪声背景相分离的脉冲GMAW熔滴形态清晰图像,同时保证了图像的真实有效,为高精度定量分析脉冲GMAW过程提供了可能.【总页数】5页(P57-60,64)【作者】王广伟;蔡艳;华学明;吴毅雄【作者单位】上海交通大学,材料科学与工程学院,上海,200030;上海交通大学,材料科学与工程学院,上海,200030;上海交通大学,材料科学与工程学院,上海,200030;上海交通大学,材料科学与工程学院,上海,200030【正文语种】中文【中图分类】TG409【相关文献】1.激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析 [J], 贾亚洲;陈树君;肖珺;王立伟2.基于脉冲激光GMAW熔滴尺寸与过渡频率的控制 [J], 马正住;朱加雷;周灿丰;李卫强3.采用金属粉芯焊丝的GMAW电弧与熔滴行为检测与分析 [J], 何冠宇4.纯CO2保护气的GMAW熔滴喷射过渡研究进展 [J], 孙咸5.脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究 [J], 黄健康;何笑英;张正鹏;沈利民;石玗;樊丁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于LabVIEW的熔滴过渡过程参数检测系统的方案设计陈茂爱;吕云飞;武传松
【期刊名称】《山东大学学报：工学版》
【年(卷),期】2005(35)6
【摘要】介绍了一种在LabVIEW平台下使用第3方数据采集卡开发虚拟仪器的实现方案.利用LabVIEW中的Queue技术简化了数据采集、显示与储存的编程.在此基础上,设计了GMAW-P焊接信号采集和分析系统,实现了熔滴过渡图像和电信号同步采集,并可对其进行在线和离线分析.
【总页数】5页(P103-107)
【关键词】虚拟仪器;数据采集;LabVIEW;GMAW-P焊接
【作者】陈茂爱;吕云飞;武传松
【作者单位】山东大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG454
【相关文献】
1.激光高速摄像系统在观察熔滴过渡过程中的应用 [J], 李明利;杨战胜;李桓
2.CO2焊电参数与熔滴过渡图像同步采集分析系统 [J], 蒋元宁;陈茂爱;武传松
3.基于自相关分析的电弧焊熔滴过渡过程稳定性的定量评价 [J], 高理文;薛家祥;陈辉;张雪;王瑞超
4.均匀液滴喷射成形中微熔滴关键参数在线检测系统 [J], 杨观;齐乐华;罗俊;曾祥辉;杨方
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收稿日期:2006-08-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375054);广东省自然科学基金资助项目(04020100);广东省科技攻关项目(2001A105010)双电弧共熔池脉冲GMAW 电源的复合外特性王振民, 黄石生, 薛家祥, 李远波(华南理工大学机械工程学院,广州 510640)摘 要:利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW 装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW 三种复合外特性进行了试验研究。
结果表明,主机II ,从机II 复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U I ,从机U I 复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I I ,从机UI 复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳。
关键词:双电弧脉冲熔化极活性气体保护焊;协同控制;复合外特性中图分类号:TG434 文献标识码:A 文章编号:0253-360X(2007)02-013-04王振民0 序 言双电弧共熔池脉冲GMAW 是一种很有前景的高效化焊接技术,但主从焊接电源的脉冲峰值供电特性和维弧基值供电特性必须依据不同的工艺特点合理选择和配合,不同的复合外特性对双电弧焊接过程的电弧稳定性、熔滴过渡及焊缝质量有着很大的影响[1-3]。
脉冲MIG MAG 焊逆变电源的外特性是一种时变特性,已不能用简单的恒流或恒压特性予以定义。
单电弧脉冲GMAW 主要有四种外特性切换方法,脉冲阶段恒压+维弧阶段恒流(U I );脉冲阶段恒流+维弧阶段恒压(I U );脉冲阶段恒流+维弧阶段恒流(I I );脉冲阶段恒压+维弧阶段恒流(U I )。
目前,II 和UI 这两种切换方式应用较为广泛[1,2]。
在双电弧脉冲G MAW 电源中,主机电源可以采用I I 或U I 外特性,而从机也可采用类似的特性。
第41卷2024 年 3 月应用化学CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY第3期415⁃421五氧化二铌光催化剂的制备及其光催化性能王静*李喜兰郭秀芬（珠海科技学院应用化学与材料学院，珠海 519040）摘要为提升五氧化二铌（Nb2O5）光催化剂在实际应用中的光催化性能，提出五氧化二铌光催化剂的制备及其光催化性能研究。
首先，制备五氧化二铌纳米颗粒、五氧化二铌纳米棒和五氧化二铌纳米线，分别标记为Nb2O5-1、Nb2O5-2和Nb2O5-3，并分别暴露在罗丹明B溶液和亚甲基蓝溶液中。
然后，使用X射线衍射仪对处理前后的样品进行表征，观察其晶体结构和晶体形貌的变化；使用透射电子显微镜对样品进行观察，分析其形貌、尺寸和分散性，以及有机染料的吸附情况；使用光谱仪进行紫外-可见吸收光谱分析，观察有机染料在样品表面的吸附情况和能带结构变化。
最后，通过一定的光源照射并监测有机染料的降解速率等参数，评估样品在不同有机染料环境下的光催化性能。
实验结果表明，Nb2O5-2和Nb2O5-3结晶程度较高且为正交相结构，说明该催化剂具有优越的光催化性能和稳定性； Nb2O5-2和Nb2O5-3表征颗粒较为明显，颗粒之间团聚程度高，纳米晶在高温环境下表现为亚稳相状态，光催化活性较高； Nb2O5-2和Nb2O5-3分别在亚甲基蓝溶液和罗丹明B溶液内时，二者可有效降低溶液的吸光值，Nb2O5-2对亚甲基蓝溶液和罗丹明B溶液的催化降解率最大，光催化作用较强。
关键词五氧化二铌；光催化剂；罗丹明B溶液；亚甲基蓝中图分类号：O614 文献标识码：A 文章编号：1000-0518（2024）03-0415-07光催化剂是制作半导体的关键材料，光催化在当前世界性环境问题和不可再生资源耗竭的大环境下，是一种可行性技术［1］，半导体的带隙（E g）对其能级结构影响较大［2-3］，对于同一种光催化剂来说，其形貌和晶体形状以及粒径大小在光催化反应过程中表现的光催化活性也不尽相同。
焊丝直径和保护气体对GMAW熔滴过渡形态的影响孙咸【摘要】In this paper,a new discovery of the influence of electrode diameter and shielding gas on the GMAW droplet transfer was reviewed.The results show that the average droplet diameters do not become smaller than the electrode diameters after the transition current,for the electrode with less than 0.90 mm diameter.As the electrode diameter decreases,the critical current shows a decreasing trend,but the trend of this kind of change is not detected in the superfine electrode.For with diameter less than 0.90 mm,transition does not occur when the current increases,because the electrode diameter can not change the anode spot area obviously,arc can not climb up the molten droplets.The effect of CO2 on the transition of the droplet transfer in the fine electrode does not follow the normal electrode transfer mode that the transition current is increased as the CO2 content increases.Repelled transfer is dominant with shielding gas compositions containing more than 30％ CO2 regardless of electrode diameter.%综述了焊丝直径和保护气体对GMAW熔滴过渡影响的新发现.研究表明,对于直径小于0.90 mm焊丝,转变电流后熔滴的平均直径并未小于原来的焊丝直径.随着焊丝直径的减小,临界电流呈减小趋势,但超细焊丝未测出这种趋势.直径小于0.90 mm的焊丝,增大电流不发生转变,是因为焊丝直径不能明显改变阳极斑点面积,电弧无法爬上熔滴.CO2对较细焊丝熔滴过渡转变的影响,并未遵循随着CO2含量的增大,转变电流提高的一般焊丝的模式.无论焊丝直径如何,用含30％以上的CO2保护气体时,排斥过渡仍占主导地位.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2017(047)008【总页数】6页(P9-14)【关键词】熔滴过渡形态;焊丝直径;保护气体;GMAW;转变电流【作者】孙咸【作者单位】太原理工大学焊接材料研究所,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG421熔化极气体保护焊（GMAW）以其高效、自动化程度高等优势在工业上获得广泛的应用。
保护气体对双丝旁路耦合电弧GMAW熔滴过渡行为影响的检测与分析石玗;何伟;朱明;周海【摘要】双丝旁路耦合电弧GMAW是一种新型高效的焊接方法,在实现高熔敷率的同时,可以显著降低母材的热输入.采用被动式视觉传感的方法对双丝旁路耦合电弧GMAW焊接熔滴过渡的行为进行高速摄像采集,获得不同形式下的熔滴过渡过程并进行对比分析.结果表明:当保护气体为纯氩气时,旁路熔滴尺寸较大且难以向熔池过渡;当保护气体为φ(Ar) =80％和φ(CO2)=20％的混合气体时,由于CO2中氧元素的引入改变旁路熔滴表面的受力形式,使得旁路熔滴尺寸明显减小,熔滴过渡形式转变为稳定的射滴过渡,并且焊缝成形较好.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2014(040)005【总页数】4页(P19-22)【关键词】双丝旁路耦合电弧惰性气体保护焊;高速摄像;熔滴过渡【作者】石玗;何伟;朱明;周海【作者单位】兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,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;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,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;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,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;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,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】TG409随着中国制造业的迅猛发展和焊接技术的不断进步，焊接结构得到了越来越广泛的使用，每年的焊接工程量巨大并逐年递增，这对焊接效率提出了更高的要求.熔化极气体保护电弧焊GMAW（gas metal arc welding）易于实现自动化焊接，具有生产效率高、可以全位置焊接、接头质量好等优点，成为高效焊接方法的重要选择［1］.对于常规的GMAW，随着焊接效率的提高，必然要增加焊接电流.而焊接电流的增大，熔滴过渡、熔池流动和电弧行为等会发生变化，导致焊接稳定性变差并出现咬边或驼峰焊道等严重缺陷［2］.为了解决这一矛盾，肯塔基大学对常规GMAW进行了高效化改进，提出了新型的双丝旁路耦合电弧 GMAW［3-4］. 双丝旁路耦合电弧GMAW是一种新型的高效焊接方法，通过引入旁路电弧分流了部分流经母材的电流，从而在保证高熔敷率的同时，降低了母材的热输入［5-6］.双丝旁路耦合电弧GMAW 焊接过程中，由于2路电弧相耦合，因此熔滴过渡形式与常规GMAW有所不同.而焊接熔滴过渡是焊接的基本物理过程之一，它对电弧稳定性、金属飞溅、焊缝成形、热量输入和冶金过程等都有很大影响［7］.近年来，国内外大量研究表明，采用高速摄像技术可以有效地采集与分析GMAW熔滴过渡过程，从而为熔滴过渡过程的控制、新的焊接电源的开发以及焊接工艺的改进等提供了有效的理论依据.例如清华大学利用高速CCD摄像采集并分析了短路过渡CO2焊接熔滴尺寸的影响因素，从而优化了短路过渡CO2焊接的工艺性能和焊接质量［8］；文献［9］搭建了高速摄像系统平台并采集分析了电弧快速成形中熔滴过渡行为对多道多层成形的影响.本文首先采用被动视觉传感方式设计了高速摄像采集系统，并利用已搭建基于快速原型的试验控制平台，采集并理论分析了双丝旁路耦合电弧GMAW的熔滴过渡过程.1 双丝旁路耦合电弧GMAW方法原理双丝旁路耦合电弧GMAW原理如图1所示，主路焊炬与旁路焊炬分别由MIG焊枪构成.主路焊炬选用等速送丝的平特性电源并采用正极性接法即焊丝接电源负极；旁路焊炬选用垂降特性电源并采用反极性接法即焊丝接电源正极.双丝旁路耦合电弧GMAW焊接过程中，熔化主路焊丝的电流在电弧弧柱区分为2部分：一部分为流经母材的电流，另一部分为旁路电流，使得用于熔化主路焊丝的电流较高，有利于提高焊丝的熔敷率；而通过旁路焊炬分流了部分流入母材的焊接电流，在降低了母材热输入的同时熔化旁路焊丝［10］.双丝旁路耦合电弧GMAW同时实现了高焊丝熔敷率、低母材热输入的焊接，可以适用于高速焊接、薄板焊接或低稀释率的耐磨、耐蚀材料的堆焊.2 双丝旁路耦合电弧GMAW熔滴过渡形式高速摄像采集系统的设计根据高速摄像视觉系统中成像光源的特性，一般可以分为主动式成像方式和被动式成像方式2大类.由于主动式成像方式采用激光背光作为光源，传感系统的光路比较复杂且成本较高，而且双丝旁路耦合电弧GMAW焊接电流较大，焊接过程中电弧本身的弧光强度大，无需任何辅助光源就可使光学器件感光并记录所拍摄的图像.所以采用被动式成像方式，即利用电弧本身的弧光作为光源，利用435nm±10nm的窄带滤光片和中性减光片复合滤光，并采用了GZL-CL-22C5的CMOS高速摄像机、Camera Link数据接口和BitFlow公司开发的Karbon-CL专业视频采集卡设计并建立了双丝旁路耦合电弧GMAW熔滴过渡形式高速摄像系统，如图2所示.图1 双丝旁路耦合电弧GMAW原理Fig.1 Principle diagram of double-wire bypass coupled arc GMAW图2 双丝旁路耦合电弧GMAW高速摄像系统Fig.2 High speed photographical system of double wire bypass coupled arc GMAW3 双丝旁路耦合电弧GMAW熔滴过渡形式对比分析利用已搭建的高速摄像系统，采用表1中的6组焊接参数，采集双丝旁路耦合电弧GMAW 不同焊接参数下的熔滴过渡形式，并对不同的熔滴过渡形式进行对比分析.试验采用直径1.6mm的ER50-6碳钢焊丝，在厚度为6mm的Q235钢板上进行堆焊试验.焊接参数如表1所示.其中Ar＋CO2为φ（Ar）＝80%，φ（CO2）＝20%.表1 焊接参数Tab.1 Welding parameters组号主路电流／A电压／V旁路电流／A电压／V保护气体焊接速度／（m·min-1）1 400 30 100 28 Ar 0.70 2 500 35 200 35 Ar 0.75 3 500 35 300 36 Ar 0.75 4 400 35 100 28 Ar＋CO2 0.70 5 500 36 200 35 Ar＋CO2 0.75 6 500 35 300 36 Ar＋CO20.75表1中6组焊接参数下的熔滴过渡形式及焊缝形貌如图3～7所示.图中左侧为主路电弧与熔滴过渡行为，右侧为旁路电弧与熔滴过渡行为.图3 第一组试验参数下的熔滴过渡图像及焊缝形貌Fig.3 Melt drop transition images and weld appearance obtained with first set of test parameters图4 第二组试验参数下的熔滴过渡图像及焊缝形貌Fig.4 Melt drop transition images and weld appearance obtained with second set of test parameters 由图3可知，在第1组试验条件下双丝旁路耦合电弧GMAW主路为射滴过渡，旁路为大滴过渡，旁路熔滴在主路电弧力的作用下偏向熔池后方，导致焊缝成形质量差.在如图4所示的第2组试验条件下，在总电流不变的情况下，旁路电流比第一组试验增大了100A，旁路电弧力增加，所以旁路熔滴偏向熔池后方的现象得到改善.在如图5所示的第3组试验条件下，当旁路电流增大300A时，由于主路电流与旁路电流相差较小，导致主路电弧力与旁路电弧力作用基本相同，此时焊接过程不稳定，焊接飞溅大.在如图6所示的第4组试验条件下，由于保护气体中加入了20%的CO2，起到了稳定电弧的作用.所以主路熔滴与旁路熔滴均为射滴过渡.在如图7所示的第5组试验条件下，当旁路电流增大到200 A后，旁路电弧力对旁路熔滴的作用也随之增大，焊接过程变的稳定.在如图8示的第6组试验条件下，旁路电流增大到300A，旁路熔滴不再偏向熔池后方，焊接过程更加稳定，焊缝成形较好.图5 第三组试验参数下的熔滴过渡图像及焊缝形貌Fig.5 Melt drop transition images and weld appearance obtained with third set of test parameters图6 第四组试验参数下的熔滴过渡图像及焊缝形貌Fig.6 Melt drop transition images and weld appearance obtained with fourth set of test parameters图7 第五组试验参数下的熔滴过渡图像及焊缝形貌Fig.7 Melt drop transition images and weld appearance obtained with fifth set of test parameters图8 第6组试验参数下的熔滴过渡图像及焊缝形貌Fig.8 Melt drop transition images and weld appearance obtained with sixth set of test parameters根据第1、2、3组采用纯Ar保护的的试验结果，采用静力平衡理论分析双丝旁路耦合电弧GMAW主路、旁路熔滴上的作用力，发现引入旁路电弧可以促进主路熔滴过渡；但是由于旁路焊炬采用了直流正接，电弧会自动寻找焊丝上的氧化膜，并且由于电弧对氧化膜的破碎速度大于氧化膜自身的生成速度，所以旁路电弧爬升至焊丝固态部分.此时旁路电弧的电磁收缩力作用在焊丝上，对熔滴没有促进作用，旁路熔滴仅在重力作用下向熔池过渡，所以旁路熔滴尺寸较大且难以向熔池过渡，焊缝成形较差.根据第4、5、6组采用φ（Ar）＝80%和φ（CO2）＝20%的混合气体保护的试验结果，发现在保护气体中添加CO2后，旁路熔滴尺寸明显减小且容易向熔池过渡.CO2中的氧元素对于双丝旁路耦合电弧GMAW旁路熔滴过渡形式的影响主要表现在电磁力的方面：由于双丝旁路耦合电弧GMAW旁路熔滴表面的温度相对较高，当保护气体中富含氧元素时，熔滴表面会形成氧化膜.当旁路电弧在旁路焊丝熔化区域内的氧化膜上稳定燃烧时，电磁力重新作用在熔滴上并促进熔滴向熔池过渡，并且氧元素作为表面活性元素，会降低熔滴表面张力，从而促进熔滴过渡.另外，由于旁路焊丝为碳钢焊丝，旁路电弧的电子发射为场置发射，当保护气体中含有氧元素时，电子变得容易发射，流向阴极表面的阳离子流会减小，因此电弧反作用力也将减小使得熔滴更容易脱落.综上所述，当保护气体为φ（Ar）＝80%和φ（CO2）＝20%的混合气体时，旁路熔滴尺寸明显减小，熔滴过渡形式也转变为射滴过渡，此时稳定焊接工艺区间大，熔滴过渡过程较为稳定，焊缝成形较好.4 结论双丝旁路耦合电弧GMAW过程中，由于2路电弧的接法不同并且电弧间的作用力较强，因此熔滴过渡过程并不稳定.采用高速摄像平台，采集并分析了双丝旁路耦合电弧GMAW 2路熔滴过程，发现主路熔滴过渡过程为稳定的射滴过渡；当保护气体为纯氩气时，旁路熔滴尺寸较大且难以向熔池过渡，因此达到稳定的焊接工艺区间小；当保护气体为φ（Ar）＝80%和φ（CO2）＝20%的混合气体时，旁路熔滴尺寸明显减小，熔滴过渡形式也转变为射滴过渡，此时稳定焊接工艺区间大，熔滴过渡过程较为稳定，焊缝成形较好.致谢：本文得到陇原青年创新人才扶持计划、甘肃省高校基本科研业务费专项和兰州理工大学红柳杰出人才培养计划项目（J201201）的资助，在此表示感谢.参考文献：［1］殷树言，徐鲁宁，丁京柱.熔化极气体保护焊的高效化研究［J］.焊接技术，2000，29（12）：5-7.［2］陈姬，武传松.高速GMAW驼峰焊道形成过程的数值分析［J］.金属学报，2009，45（9）：1070-1076.［3］ LI Kehai，ZHANG Yuming.Metal transfer in double-electrode gas metal arc welding ［J］.Journal of Manufacturing Science and Engineering，2007，129（11）：991-999.［4］ LI K H，ZHANG Y M.Consumable double-electrode GMAW partⅡ：Monitoring，modeling，and control［J］.Welding Journal，2008，87（2）：40-50.［5］石玗，王钊.铝-钢脉冲DE-GMAW与CMT熔钎焊热循环曲线测试与对比［J］.兰州理工大学学报，2012，38（4）：23-26.［6］ LI K H，CHEN J S，ZHANG Y M.Double-electrode GMAW process and control［J］.Welding Journal，2007，86（8）：231-237.［7］朱明，石玗，王桂龙，等.耦合电弧GMAW熔滴过渡特性分析［J］.机械工程学报，2013，49（12）：50-53.［8］朱志明，吴文楷.基于高速CCD摄像的短路过渡焊接熔滴检测与分析［J］.焊接学报，2006，27（3）：29-33.［9］ ZHANG Y M，JIANG M，LU W.Double electrodes GMAW improve heat input control［J］.Welding Journal，2004，83（11）：39-41.［10］朱明，石玗，黄健康.双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊过程模拟及控制［J］.机械工程学报，2012，48（10）：45-49.。
收稿日期:2007-04-24基金项目:黑龙江科技学院资助项目(06-141)GMAW 熔滴过渡过程稳定性自相关分析鲍爱莲1, 耿 正2, 刘万辉1(1.黑龙江科技学院材料科学与工程学院,哈尔滨 150027;2.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨 150001)摘 要:检测了熔化极气体保护焊(GMAW )中焊接电流和电弧电压大小等参数特征,利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,分析GMAW 熔滴过渡过程的稳定性与参数关系,判断焊接电流和电压是否具有周期性。
阐述焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,并对焊接电流和电压信号进行自相关分析,获得信号时域的周期和方差等特征信息,直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性。
关键词:熔化极气体保护焊;熔滴过渡;自相关;稳定性中图分类号:TG4 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2008)01-0077-04鲍爱莲0 序 言焊接质量与焊接参数有着直接的关系,提取焊接电流和电压参数的变化信息,采用相关的分析手段控制并优化这些特征信息,改善焊接过程电弧及熔滴过渡的稳定性,是提高焊接质量的重要途径。
焊接电流、电弧电压是各种电弧物理现象信息的载体,采用一定的信号处理方法可望从中提取出与焊接过程相关的特征信息,用明确的数据、表、图表示出来,从而对焊接过程进行分析。
但目前通常采用的是统计分析[1-3],即统计电流、电压、短路时间等参数的概率分布或概率密度,对焊接电流和电压的不完整的时域特征描述,若对其进行全面统计分析,则提高了信号分析处理的难度。
信号的时域描述是指以时间为自变量表示信号瞬时值的变化特征,在该域内分析信号的特征称为信号的时域分析。
在时域分析中,相关性分析是信号分析与处理的重要手段。
焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,不一定是线性相关,也不一定是完全无关。
相关性分析就是描述电流自身、电压自身以及两者相互变化的依从关系[4]。
随着检测分析技术发展以及数字化焊接进程的推进,对焊接过程的检测与分析手段也提出了更高的要求。
文中通过LabVIE W7.1编写的焊接参数采集系统采集了熔化极气体保护焊过程焊接电流和电弧电压,并利用数字信号处理的自相关分析方法对GMAW 过渡过程的稳定性进行分析和讨论。
1 自相关焊接电流、电弧和电压组成的输入与输出系统是一复杂的非线形、时变系统,在时域中无法描述焊接电流和电压信号的单个样本函数的波形或时域表达式,则关注的是测试信号在不同时刻瞬时值的相互依从关系———时域相关特性。
信号与其本身的相关特性分析为自相关分析。
研究信号的自相关函数可以了解不同时刻同一样本间的相似程度。
自相关函数定义为[5,6]R xx (τ)=∑N -1n =0[x N (n )-μx ][x N (n -τ)-μx ](1)式中:N 为样本长度;τ为时间变量;μx 为平均值;x N (n )为离散焊接电流或电压时间信号。
由式(1)可推得:①参数的自相关函数是一对称的偶函数,即R xx (τ)=R xx (-τ)(2)②当τ=0时,自相关函数取最大值,即|R xx (τ)|≤R xx (0)(3)根据方差定义σ2x=lim T →∞1T∫T[x (t )-μx ]2d t(4)式中:x (t )为电流或电压的函数。
在有限长的时间内,T =N 。
由式(1),式(4)可得:第29卷第1期2008年1月焊 接 学 报TR ANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .29 No .1Januar y 2008 当τ=0时,在周期或频率相同的情况下,焊接参数信号减去其平均值后的自相关函数值与焊接电流或电压的方差成正比,即σ2x =1NR xx(5)2 分析和讨论2.1 样本函数图1是4个在相同时间(0.1s )内不同时刻的焊接电流与电弧电压样本图,其中样本1是从样本2提取一个周期的波形,经过复制而得出的理想周期过渡的样本图。
同时,从图1中可以看出,样本2和样本3均为较稳定的短路过渡过程。
样本2的短路周期比较稳定,样本3的短路周期在第6个熔滴过渡前后,其短路周期稍有延长;样本4是一不稳定的熔滴过渡过程,其过渡周期和幅值变化较大。
利用一般的统计分析可知,4个样本的短路过渡频率均为90Hz ,其电流方差分别为3215.58,4568.32,4636.06,5622.50;电压方差分别为65.23,61.62,67.90,71.91。
图1 焊接电流与电弧电压样本图Fig .1 Welding current and arc voltage samples2.2 周期分析GMAW 焊接过程中焊接电流和电弧电压是同步进行变化,它们相关分析图具有相似性,以焊接电流自相关分析为例。
图2是4个样本的电流自相关78 焊 接 学 报第29卷分析图,横坐标为样本自相关函数长度值τ,纵坐标为τ点的R xx (τ)值。
图2所示,样本1的电流信号自相关衰减成直线,其包络线将呈左右对称的四边形,衰减最慢,结合其自相关图可看出其周期不变;样本2衰减近似成直线,衰减速度比较缓慢,其周期近似不变;样本3的衰减速度较样本2快,周期也有所变化,且其包络线两侧成腰鼓形,这是由于原时域波形中有跳弧现象,使得在进行相关性计算中,波形在跳弧处相遇时,相关函数值即使在峰值点时也不大;样本4的衰减速度最快,且周期不断变化,近似于随机信号的自相关图,其周期性很差,这是因为在周期信号中,叠加随机信号后,不衰减的部分为周期成分,衰减部分为随机信号。
即时域波形的周期和波形的变化,在自相关波形中也体现了信号的周期变化,在电弧系统中,焊接电流等参数的周期变化反映了熔滴过渡过程的稳定性。
当焊接电流和电压发生同周期变化时,相同焊接条件下,热输入也随着发生周期性变化,则引起焊丝熔化速度的周期性变化,从而使得弧长和熔滴过渡发生周期性变化,在间隔一个周期时,焊接熔池的热输入变化不大,焊缝成型均匀、美观。
2.3 方差分析从图2可得,样本1,2,3,4的电流的R xx (0)分别为3213800,4569520,4637820,5623380;由式(5)取自相关函数点,可计算出电流方差为:3217.02,4569.52,4637.82,5623.38,与统计方差公式(4)得出数值误差很小,其误差主要是由于一般统计中算法的复杂性造成的。
另一方面,从图2中可以看出理想过渡的样本方差最小,稳定过渡至不稳定过渡,其方差依次增加。
根据方差定义可知,方差越大,则偏离平均值的数值越多或数值分布范围越大。
就焊接电流来说,大部分甚至全部数值偏离平均值,电流的方差越大,电流的跳跃越大,其稳定性也依次减弱。
图2 电流自相关性分析图Fig .2 Self -correlation analysis of welding current3 结 论焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,熔滴过渡的稳定性和他们也存在一定的关系。
文中利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,可以检测出焊接电流和电压是否具有周期性。
对焊接电流和电压信号的自相关分析,可以获得信号时域的周期和方差等特征信息,并能够直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性。
参考文献:[1] Sakabe M T .A quantitive esti mates of arc stabilit y for CO 2gas shieldedarc welding [J ].Welding Internati onal ,1988,2(2):105-109.[2] 俞建荣,蒋力培,孙振国.基于特征参数的CO 2弧焊电源的实时监测与评价[J ].电工技术学报,2001,16(5):73-76.[3] 易志平,薛家祥.弧焊过程电信号分析系统的研究[J ].华南第1期鲍爱莲,等:GMAW 熔滴过渡过程稳定性自相关分析79理工大学学报(自然科学版),2002,30(5):73-76.[4] 曾孟雄,高 威,杨 涛.基于LabVIEW的数字相关测量仪设计[J].三峡大学学报(自然科学版),2004,26(1):48-50. [5] 赵光宙,舒 勤.信号分析与处理[M].北京:机械工业出版社,2004.[6] 邓 焱,王 磊.LabVIEW7.1测试技术与仪器应用[M].北京:机械工业出版社,2004.作者简介:鲍爱莲,女,1978年出生,硕士,助教。
主要从事焊接方面的科研和教学工作。
Email:baozi7807@[上接第76页]焊接过程不稳定,会出现断弧和短路飞溅等现象。
参考文献:[1] 杨运强,李俊岳,张晓因,等.脉冲MIG焊熔滴过渡控制的新进展[J].机械工程学报,2002,38(11):12-16.[2] 雷玉成,张 成,程晓农,等.基于遗传算法的模糊神经网络控制器在GTAW中的应用[J].焊接学报,2003,24(4):47-50.[3] 石 ,樊 丁,李建军,等.视觉传感铝合金脉冲M IG焊熔宽控制系统[J].焊接学报,2007,28(2):9-12.[4] 栗卓新,张 征,刘海云.GMA W焊接熔滴过渡模型的研究进展[J].中国机械工程,2007,18(12):1501-1504.[5] 吴开源.基于DSP的G MAW-P焊熔滴过渡模糊控制的研究[D].广州:华南理工大学,2005.[6] Rajasekaran S,Kulkarni S D,Mallya U D,et al.Droplet detachmentand plate fusion characteristics in puls ed current gas metal arc welding [J].Welding Journal,1998,77(6):254-269.作者简介:薛家祥,男,1962年出生,教授、博导、博士后研究人员。
主要从事弧焊过程小波分析、神经网络模糊控制及新型弧焊逆变器的研究工作。
获省科技进步二等奖一项,鉴定成果4项。
发表论文80余篇。
Email:mejiaxue@80 焊 接 学 报第29卷method was proposed,which adding median current bet ween the two peaks of pulse current.And the welding process was tested and ana-lyzed with independently self-developed weldin g arc d ynamic wavelet analyzer.The result showed that instantaneous short circuit occurrs if the forward median current was too small.Contraril y,if it is too large,forward median waveforms will be hardly observed.The result als o indicated that the median phase effect will not be obvious if the forward median time is too short,but the welding process will not be stable if it is too long.Controllability of droplet trans fer can be real-ized by proper median current and median time.And the optimal matching parameters for pulse current and pulse time were given un-der this experiment conditions.Key words: pulsed metal inert-gas welding;forward median waveform control;droplet transfer;wavelet analysisAnalysis of sta bility in dro plet transfer process of GMA W based on self-correlation BAO Ailian1,GENG Zheng2,LIU Wanhui1 (1.School of Materials Science and Engineering,Heilongjiang Insti-tute of Science and Technology,Harbin150027,China;2.National Key Laboratory of Advanced Welding Production&Technology, Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China).p77-80A bstract: Self-correlation analysis is an important analyzin g method in signal analysis and processing.Some welding parameters attribute values,s uch as current,voltage etc,were acquisited in GMAW(gas metal arc welding)process.The stability of droplet transfer process in GMAW and weldin g parameter were -ing time domain self-correlation character principle in digital signal analysis and processing,periodic property of welding current and voltage were identified.Through the acquired signal time domain pe-riodic property,the stability of droplet trans fer process in GMAW can be visually reflected.Key words: gas metal arc welding;droplet trans fer;self-correlation analysis;stabilityDevelopment of feature database of welded joint for the oil bo x based on Msc.M arc GAO Jiashuang1,YANG Jianguo1,LIU Xuesong1,FANG Hongyuan1,FU Wei2(1.State Key Laboratory of Advanced Weldin g Production Technology,Harbin Institute of Tech-nology,Harbin150001,China;2.Shanghai Baosteel Group Corpo-ration,Baoshan M achineman Factory,Shanghai201900,China). p81-84A bstract: As the complexity and difficulty to create and mesh modeling of welded joint in Msc.Marc's preprocess in g system,a fea-ture database of welded join t for the kind of oil box was developed with Python language.Mean while a new menu sys tem bas ed on welded joint feature was also established with Marc's menu languages.These improvements of feature database and menu s ystem make n umerical s imulation of weldin g process easier and des ign of welded joint faster. In add ition,this method also provides good guidance of addin g user sp ecial program into Marc and applying Chinese patch to Marc.Key words: Marc;welded joint;menus;feature database Welding residual stress of titanium vessel calculated by biaxial strength theory CHE N Jiguang(Department of Civil Constru-cion and Engineering,Hunan Institute of Science and Technology, Yuey ang414000,China).p85-88Abstract: Titaniu m sheet has obvious orthogonal anisotrop y and biaxial strengthening effect.Based on the biaxial strength theo-ry,the formula for the weld ing residual stresses existed in the titani-um pressure vessel were derived and the computation and analysises were carried out according to the experimental data.The result indi-cates that the longitudinal and surrounding residual stresses in longi-tudinal weld of the weld ing titanium vessel are greater50%than the titanium sheet's yield strength.Moreover,the longitudinal and sur-rounding residual stresses in surrounding weld are extremely non-uni-form.The numerical results show a wide difference,and the simulat-ed values of some points are even minus pared the tita-nium pressure vessel's experimental welding stresses with the calcu-lated welding stresses,it is found that the most important surroundin g stresses are basically consistent,and the greatest difference is less than15%,which indicates that the computational method conforms with the real situation existed in titanium pressing pressure vessel.Key words: biaxial strength theory;titanium pressure ves-sel;welding residual stress;formulaFatigue reliability evaluation for welding co nstruction containing welding defects LIU Xi(Postdoctoral Research Department, Mechanical Engineering College,Nanjing University of Technology, Nanjing210009,China).p89-92Abstract: On the basis of the experiment,a synthesized e-valuation of welding defects to fatigue strength of welding construction is made by fuzzy sets theory.The evaluation takes into account the interrelations among the category,dimension,location and the inter-action of defects.Accordingly,a characteristic parameterμ(X)is proposed to evaluate the fatigue strength of welding construction con-taining bining this characteristic parameterμ(X)with the quality zone theory,aμ-S-N-P pattern is developed.The prob-lems concerned by engineers such as how to calculate the reliability of welding construction containing defects can be s olved when the status of defects is known.The characteristic parameterμ(X)coin-cides with the proposed primary fatigue source model.Key words: welding defects;reliability evaluation;fuzz y sets theory;fatigue strengthCritical specimen thickness of hot galvanized dual-phase steel spo t welding YANG Hon ggang,ZHANG Yansong,LAI Xin-min,CHEN Guanlon g(School of Mechanical Engineering,Shan ghai Jiao Tong Univers ity,Shanghai200240,China).p93-96 Abstract: Aiming at the interfacial fracture failure of res is-tance spot welding structure of hot galvan ized steel DP600,the ten-sile failure modes of DP600spot welding with different thickness(0. 8mm and1.5mm)and length of the nugget(5-8mm)were stud-ied through statistical analysis method.The relationship between the2008,Vol.29,No.1 TR ANSACTIONS OF THE CHINA WELDING I NSTI TUTI ON Ⅴ。
