- 杜 永鵬,

挑戰:
焊接質量檢驗工作一般是通過焊後無損探傷進行的。對於水下濕法焊接
，由於水下操作的特殊情況，開展無損探傷較困難。我們利用NI公司數據采集設備采集焊接電參數，經labviewbianzhideshujuchulichengxu，jiehedaliangshiyan，zongjiechuyuhanjiezhiliangxiangguandexinxi，yongyushishipingguhanjiezhiliang。kaolvdaoshuixiahanjiegongchengxianchangdeteshuxing
，liyongUSB6221設計出一款便攜式焊接數據采集處理設備。

解決方案:
焊接電流、焊接電壓等焊接電參數能夠反映焊接質量，因此，準確記錄這些參數就顯得尤為重要。利用霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器
，可以將0-100V的電弧電壓以及0-500A的焊接電流轉化0-5V的信號，從而允許數據采集卡采集相關信息。 先由焊工甲水下焊接標準的工件，焊接材料、焊接設備和焊接規範恒定不變。記錄每道焊縫焊接時的各個參數，並在陸上檢驗該工件的焊接質量（以抗拉強度為參考指標）。通過大量工藝試驗，確定電壓標準差、短路過渡頻率、斷弧率（此類參數可以通過實時采集的電流電壓等數據通過運算得出）等(deng)參(can)數(shu)與(yu)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)的(de)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)。編(bian)製(zhi)軟(ruan)件(jian)以(yi)便(bian)於(yu)實(shi)時(shi)預(yu)估(gu)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)。再(zai)由(you)焊(han)工(gong)乙(yi)水(shui)下(xia)焊(han)接(jie)相(xiang)同(tong)工(gong)件(jian)
，得(de)出(chu)數(shu)據(ju)用(yong)於(yu)修(xiu)正(zheng)之(zhi)前(qian)得(de)到(dao)的(de)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)。最(zui)終(zhong)，得(de)到(dao)該(gai)條(tiao)件(jian)下(xia)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)與(yu)焊(han)接(jie)參(can)數(shu)的(de)近(jin)似(si)對(dui)於(yu)關(guan)係(xi)，達(da)到(dao)了(le)實(shi)時(shi)預(yu)估(gu)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)的(de)目(mu)的(de)。

1．           引言

焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)檢(jian)驗(yan)工(gong)作(zuo)一(yi)般(ban)是(shi)通(tong)過(guo)焊(han)後(hou)無(wu)損(sun)探(tan)傷(shang)進(jin)行(xing)的(de)。但(dan)近(jin)幾(ji)年(nian)隨(sui)著(zhe)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，有(you)專(zhuan)家(jia)學(xue)者(zhe)提(ti)出(chu)了(le)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)在(zai)線(xian)檢(jian)測(ce)分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)，該(gai)類(lei)技(ji)術(shu)一(yi)般(ban)以(yi)焊(han)接(jie)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)弧(hu)電(dian)壓(ya)作(zuo)為(wei)評(ping)估(gu)信(xin)號(hao), 通過係統的檢測分析,能夠分析焊接過程穩定性及飛濺的大小等參數,進而用於評估焊接設備和焊接材料的性能,分析各參數與熔滴過渡之間的關係,優化焊接工藝參數。

水下濕法焊接相對於水下幹法焊接具有設備簡單
、操作靈活
、成cheng本ben低di應ying急ji性xing強qiang等deng優you點dian，廣guang泛fan應ying用yong於yu海hai洋yang工gong程cheng的de施shi工gong維wei護hu過guo程cheng中zhong。由you於yu水shui下xia操cao作zuo的de特te殊shu情qing況kuang，通tong過guo無wu損sun探tan傷shang的de方fang式shi對dui焊han接jie質zhi量liang進jin行xing評ping估gu有you一yi定ding的de困kun難nan。因yin此ci有you必bi要yao將jiang焊han接jie質zhi量liang在zai線xian檢jian測ce分fen析xi技ji術shu引yin入ru水shui下xia焊han接jie工gong作zuo中zhong。有you學xue者zhe針zhen對dui水shui下xia濕shi法fa焊han條tiao電dian弧hu焊han工gong藝yi
，在zai不bu同tong焊han接jie工gong藝yi條tiao件jian時shi在zai線xian采cai集ji焊han接jie電dian弧hu電dian壓ya瞬shun時shi值zhi，然ran後hou對dui其qi進jin行xing統tong計ji處chu理li。對dui水shui下xia濕shi法fa焊han條tiao電dian弧hu焊han接jie過guo程cheng的de穩wen定ding性xing進jin行xing直zhi觀guan分fen析xi和he定ding量liang評ping價jia。

濕shi法fa水shui下xia焊han接jie工gong作zuo在zai工gong程cheng應ying用yong過guo程cheng中zhong
，潛qian水shui員yuan水shui下xia進jin行xing施shi工gong

，輔fu助zhu工gong作zuo人ren員yuan以yi及ji焊han接jie電dian源yuan及ji相xiang應ying輔fu助zhu設she備bei一yi般ban固gu定ding在zai碼ma頭tou船chuan舶bo上shang。工gong作zuo場chang地di條tiao件jian簡jian陋lou，濕shi度du大da
，條tiao件jian惡e劣lie，不bu便bian於yu開kai展zhan數shu據ju采cai集ji工gong作zuo
，因yin此ci，開kai展zhan焊han接jie質zhi量liang在zai線xian檢jian測ce分fen析xi工gong作zuo的de一yi個ge前qian提ti便bian是shi設she計ji便bian攜xie式shi數shu據ju采cai集ji裝zhuang置zhi
，並bing編bian製zhi相xiang關guan軟ruan件jian。

我們利用NI公司數據采集設備采集焊接電參數
，經Labviewbianzhideshujuchulichengxu，jiehedaliangshiyan，zongjiechuyuhanjiezhiliangxiangguandexinxi
，yongyushishipingguhanjiezhiliang。kaolvdaoshuixiahanjiegongchengxianchangdeteshuxing

，liyongUSB6221設計出一款便攜式焊接數據采集處理設備。所設計的裝置如圖1所示。

圖1 數據采集裝置示意圖

2．           數據采集

焊接過程是一個相當複雜的物理化學變化過程,很hen多duo參can數shu都dou能neng對dui焊han縫feng質zhi量liang產chan生sheng影ying響xiang。在zai諸zhu多duo影ying響xiang因yin素su當dang中zhong，焊han接jie電dian流liu和he焊han接jie電dian壓ya的de影ying響xiang較jiao大da
，因yin此ci，在zai本ben係xi統tong設she計ji中zhong，著zhe重zhong考kao慮lv焊han接jie電dian流liu和he焊han接jie電dian壓ya這zhe兩liang個ge因yin素su。

濕法水下焊接工作電流一般在200Azuoyou
，changyongdedianliucaijizhuangzhiyoufenliuqihedianliuchuanganqi。fenliuqishiyizhongjingmidianzu，liujingbutongdedianliujichanshengyuzhiduiyingdedianyacha，jiancedianyachadedaxiaojikejiancedianliu。youyudianliujiaoda
，weijiangdifenliuqiyajiang，fenliuqishangdedianyachajiaoxiao，changyongdejunweimV級，較弱的信號極易被幹擾，因此，我們選擇了電流型的LEM公司LT508-S6型霍爾電流傳感器。該產品具有反應迅速，精度高

，抗幹擾能力強等優點，最大檢測電流為500A。在工作工程中，輸入的焊接電流作為原邊電流，通過傳感器安裝5000:1的比例轉成副邊電流。利用得到的副邊電流，配合一精密測量電阻（考慮到傳感器驅動能力，測量電阻不宜超過40歐姆。）
，即可得到與電流對應的電壓信號。為了便於計算，實際采用的測量電阻阻值25歐姆。

一般的陸上焊接時，焊接電壓的采集較為簡便
，直接采集焊接輸出端即可。但在水下焊接時

，焊把線較長，往往100米mi左zuo右you
，電dian纜lan阻zu抗kang較jiao大da，水shui下xia焊han接jie時shi焊han接jie電dian壓ya的de采cai集ji需xu充chong分fen考kao慮lv電dian纜lan壓ya降jiang帶dai來lai的de影ying響xiang，需xu將jiang采cai集ji點dian置zhi於yu焊han把ba和he工gong件jian處chu。在zai實shi際ji工gong作zuo中zhong，我wo們men采cai用yongLEM公司的LV25-P電壓傳感器。考慮到該傳感器電流傳輸比10:25，在確保設備安全使用的前提下，將原邊限流電阻設計為為10K
，副邊測量電阻4K，這樣，10V的焊接電壓條件下可以得到1V的信號
，便於計算，另外，較大的限流電阻
，減小了因采樣電纜內部阻抗帶來的影響。

上述采集裝置在實際應用之前，需要利用大功率負載箱進行標定，以確保采集精度。

綜上，設備具體指標如表1所示：

表1 便攜式數據采集裝置技術指標

3．           數據處理

在焊接工藝中，影響焊接質量的因素較多，這就要求盡可能多的記錄下相關的數據
，以便於後期分析研究。為此，我們利用Labview編製了相應的數據采集程序，程序界麵如圖2所示。在采集工作開始前，可以通過選項卡記錄焊工、焊材
、焊機以及預置焊接電流/電壓等信息。在焊接過程中
，該係統將實時的焊接電流電壓存儲到.xls文件中，以便保存以及後期數據處理。

圖2 數據采集界麵

在焊接完成後
，我們編製了數據處理程序
，可以在工作現場對焊接參數進行簡單的分析處理，主要包含焊接電流電壓波形分析程序
、統計分析程序以及UI相圖生成程序。

圖3為分析焊接電壓電流波形的應用例。操作者可以調用以及采集到的數據，轉化成電流電壓波形。

圖3 波形分析界麵

圖4為焊接參數統計分析。通過調用以及采集到的電流電壓數據
，得出電壓電流的分布概率，並計算出算術平均值、方差以及標準差等數據。圖5則將電流電壓數據作為坐標點，得出其分布區間。

圖4 焊接參數統計分析界麵

圖5 電流電壓分布

該便攜式數據采集裝置設計完成後
，實物照片如圖6所(suo)示(shi)。在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)，需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)大(da)量(liang)實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)，並(bing)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)處(chu)理(li)，從(cong)而(er)得(de)到(dao)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)與(yu)焊(han)接(jie)參(can)數(shu)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)的(de)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)，以(yi)便(bian)於(yu)實(shi)習(xi)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)在(zai)線(xian)檢(jian)驗(yan)。

圖6 數據采集裝置實物照片

4．           實驗設計

通(tong)過(guo)前(qian)期(qi)實(shi)驗(yan)得(de)知(zhi)，不(bu)同(tong)的(de)焊(han)工(gong)水(shui)下(xia)施(shi)焊(han)時(shi)，其(qi)手(shou)法(fa)對(dui)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)的(de)影(ying)響(xiang)較(jiao)大(da)，因(yin)此(ci)，要(yao)通(tong)過(guo)實(shi)驗(yan)方(fang)式(shi)，消(xiao)除(chu)因(yin)焊(han)工(gong)手(shou)法(fa)問(wen)題(ti)帶(dai)來(lai)的(de)影(ying)響(xiang)。

在實際工作中，可以由焊工甲水下焊接標準的工件，焊接材料、焊接設備和焊接規範恒定不變。記錄每道焊縫焊接時的各個參數
，並在陸上檢驗該工件的焊接質量（以抗拉強度為參考指標）。通過大量工藝試驗，記錄相關的焊接參數，然後對焊接參數進行整理分析
，確定電壓標準差、短路過渡頻率、斷弧率等(deng)參(can)數(shu)與(yu)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)的(de)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)。編(bian)製(zhi)軟(ruan)件(jian)以(yi)便(bian)於(yu)實(shi)時(shi)預(yu)估(gu)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)。再(zai)由(you)焊(han)工(gong)乙(yi)水(shui)下(xia)焊(han)接(jie)相(xiang)同(tong)工(gong)件(jian)
，得(de)出(chu)數(shu)據(ju)用(yong)於(yu)修(xiu)正(zheng)之(zhi)前(qian)得(de)到(dao)的(de)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)。最(zui)終(zhong)
，得(de)到(dao)該(gai)條(tiao)件(jian)下(xia)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)與(yu)焊(han)接(jie)參(can)數(shu)的(de)近(jin)似(si)對(dui)於(yu)關(guan)係(xi)
，達(da)到(dao)了(le)實(shi)時(shi)預(yu)估(gu)焊(han)接(jie)質(zhi)量(liang)的(de)目(mu)的(de)。

5．           結論

通過上述工作的開展，設計了一套攜帶方便、防護等級較高的數據采集裝置，適用於在船舶、碼頭等場所進行焊接參數采集分析。借助於自主開發的數據處理程序，可以實時在線對固定焊接規範、hanjiecailiaotiaojianxiahanjiejinxingyuguhanfenglixuexingnengzhibiao
，duihanjiezhiliangjinxingzaixianjianyan，youzhuyushuixiahanjiexiangmudetuiguangheyingyong，jinertigaowoguohaiyangzhuangbeidezhizaoheweihunengli。