許崇良++董云杰

摘 要

采用現(xiàn)有焊機(jī)的外形、控制按鈕（開(kāi)關(guān)）與現(xiàn)有焊鉗高度相似的焊鉗及線纜，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，形成的一種有實(shí)物參入的手弧焊仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。本文主要介紹仿真系統(tǒng)中焊點(diǎn)數(shù)據(jù)的架構(gòu)及建立方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù) 焊點(diǎn)圖形 焊鉗 焊道 手工電弧焊

1 引言

利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，在專門的驅(qū)動(dòng)控制電路及專用驅(qū)動(dòng)控制軟件支持下，形成一種有實(shí)物介入的手弧焊高仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。如圖1所示。

在實(shí)施仿真焊接時(shí)，通過(guò)測(cè)量仿真焊鉗與焊件（液晶顯示屏）距離（電弧的長(zhǎng)度）換算而成仿真焊機(jī)的工作電流。根據(jù)測(cè)得的電流、仿真焊鉗移動(dòng)速度以及預(yù)設(shè)的焊條直徑等參數(shù)，從PC數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取相應(yīng)的圖像，并按一定規(guī)則顯示在液晶顯示屏上，形成焊道（焊點(diǎn)）圖像。并調(diào)用防護(hù)面罩上液晶顯示屏控制驅(qū)動(dòng)電路中弧光顯示程序，并在防護(hù)面罩的液晶顯示屏上顯示模擬弧光。因此需要建立各種工況下的焊點(diǎn)數(shù)據(jù)。本文主要介紹焊點(diǎn)數(shù)據(jù)的建立方法。

2 焊點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)建立

2.1 數(shù)據(jù)建立的基本原理是

焊條直徑一旦確定，則焊點(diǎn)數(shù)據(jù)與電流成對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此可按焊條材料，建立不同焊條直徑的各種電流下的焊點(diǎn)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)地址編碼規(guī)則，可以采用焊條直徑代碼+尋址監(jiān)測(cè)電流代碼方式，也可以可以采用焊條直徑代碼和尋址監(jiān)測(cè)電流代碼進(jìn)行與運(yùn)算方式。焊點(diǎn)圖形通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法取得。同一直徑的焊條焊點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)分為引弧、穩(wěn)定工作、焊穿、滅?。ㄏɑ。┧膫€(gè)區(qū)域。如圖2所示。例如，選擇焊條直徑為2mm ，電流為50A時(shí)對(duì)應(yīng)①位置，51A對(duì)應(yīng)②位置，53A對(duì)應(yīng)③位置。

引弧區(qū)域與手工電弧焊引弧過(guò)程相對(duì)應(yīng)。常用的引弧方法有劃擦法和敲擊法兩種，如圖3所示。焊接時(shí)將焊條端部與焊件表面通過(guò)劃擦或輕敲接觸，形成短路，然后迅速將焊條提起2～4mm距離，電弧即被引燃。若焊條提起距離太高，則電弧立即熄滅。

在本系統(tǒng)中可通過(guò)軟件判斷仿真焊鉗，從接觸屏幕（工件）到使電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)的距離及所用的時(shí)間來(lái)確定。

穩(wěn)定工作區(qū)域是指焊接過(guò)程中能使電弧穩(wěn)定燃燒所對(duì)應(yīng)的焊接電流區(qū)域，即手工焊焊條的操作運(yùn)動(dòng)階段。此階段焊條應(yīng)向前傾斜 70～80?， 合理的電弧長(zhǎng)度約等于焊條直徑，合適的焊接速度應(yīng)使所得焊道的熔寬約等于焊條直徑的兩倍，焊速太高時(shí)焊道窄而高，波紋粗糙，熔合不良，焊速太低時(shí)，熔寬過(guò)大，焊件容易被燒穿。

焊穿區(qū)域是指當(dāng)電流過(guò)大或移動(dòng)速度過(guò)小時(shí)，將工件焊穿的工況?？赏ㄟ^(guò)軟件判斷仿真焊鉗與屏幕的距離、單位時(shí)間內(nèi)仿真焊鉗與焊縫的基點(diǎn)（定位參照點(diǎn)）位移變化來(lái)確定電弧長(zhǎng)度及焊速。

滅?。ㄏɑ。﹨^(qū)域與電弧的熄滅操作過(guò)程相對(duì)應(yīng)。在焊接過(guò)程中，電弧的熄滅是不可避免的。滅弧操作方法有多種。常用的方法有兩種，一 是將焊條運(yùn)條至接頭的尾部，焊成稍薄的熔敷金屬，將焊條運(yùn)條方向反過(guò)來(lái)，然后將焊條拉起來(lái)滅?。欢菍⒑笚l握住不動(dòng)一定時(shí)間，填好弧坑然后拉起來(lái)滅弧。 在本系統(tǒng)中可通過(guò)軟件判斷仿真焊鉗距屏幕（工件）距離來(lái)確定。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)圖形采集基本方法

數(shù)據(jù)庫(kù)焊點(diǎn)圖形通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法取得。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)主要器材

交流弧焊機(jī)、焊鉗、鐵板（2mm）、焊條等常用焊接設(shè)備；高精度電流表、電壓表，高精度電流傳感器、電壓傳感器及電流電壓實(shí)時(shí)存儲(chǔ)記錄設(shè)備；三臺(tái)高速高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)及高清數(shù)字圖像采編存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)。高精度電流傳感器、電壓傳感器及用于采集焊接時(shí)實(shí)時(shí)電流、電壓數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄設(shè)。一架攝像機(jī)主要用于采集焊接時(shí)焊道（熔池）形成圖像，另一架攝像機(jī)主要用于采集焊接時(shí)焊弧長(zhǎng)度，第三架攝像機(jī)主要用于采集焊接時(shí)焊條移動(dòng)速度、運(yùn)條及引弧、滅弧圖像。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先給3臺(tái)攝像機(jī)配備濾光片，并調(diào)至50幀/秒高速高清錄像格式，將設(shè)備連接并調(diào)試至運(yùn)行狀態(tài)，由熟練手工電弧焊技師按照規(guī)范操作。按焊點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)要求同步采集記錄引弧、穩(wěn)定工作、焊穿、滅弧四個(gè)過(guò)程的電流、電壓數(shù)據(jù)、焊道（熔池）形成、焊弧長(zhǎng)度、焊條移動(dòng)速度、運(yùn)條圖像。對(duì)電流、電壓數(shù)據(jù)、焊弧長(zhǎng)度、焊條移動(dòng)速度圖像進(jìn)行分析，找出焊接電流與焊弧長(zhǎng)度、焊條移動(dòng)速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。確定當(dāng)保持焊弧長(zhǎng)度不變，焊條移動(dòng)速度過(guò)快或過(guò)慢對(duì)電流影響，及對(duì)焊道（熔池）形成圖像的影響，找出電流與焊道（熔池）形成圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系。用專用軟件將錄像分成幀，將與檢測(cè)電流對(duì)應(yīng)的效果好的幀圖像進(jìn)行修正制作，形成焊點(diǎn)圖像。焊點(diǎn)圖像分別存放在相應(yīng)的位置，形成焊點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)焊接電流級(jí)數(shù)取得越小，數(shù)據(jù)焊點(diǎn)圖像制作越精致，則數(shù)據(jù)庫(kù)越精確。

2.2.3 引弧數(shù)據(jù)庫(kù)焊點(diǎn)圖形采集

引弧是手工電弧焊最基本的操作，對(duì)初學(xué)者十分重要。如上所述，手弧焊主要有兩種引弧方法，但引弧機(jī)理相同，即將焊條端部與焊件表面接觸，形成短路，然后迅速將焊條提起2～4mm距離，電弧即被引燃。

分析實(shí)驗(yàn)中引弧過(guò)程數(shù)據(jù)，找出兩種不同引弧方法的瞬間短路及電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)電流數(shù)值，以及電流變化規(guī)律。確定引弧過(guò)程電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律。以此為基礎(chǔ)建立引弧數(shù)據(jù)庫(kù)。用同樣方法采集滅弧數(shù)據(jù)。

2.2.4 穩(wěn)定工作（運(yùn)條）數(shù)據(jù)庫(kù)焊點(diǎn)圖形采集

運(yùn)條是手弧焊使焊過(guò)程，焊弧長(zhǎng)度、焊條的移動(dòng)速度、焊條運(yùn)動(dòng)形式影響焊接質(zhì)量。運(yùn)條數(shù)據(jù)需采集：

（1）采用合理的焊弧長(zhǎng)度、焊條移動(dòng)速度、焊條運(yùn)動(dòng)形式焊接過(guò)程中電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律；

（2）當(dāng)焊條移動(dòng)速度、焊條運(yùn)動(dòng)形式保持不變，焊弧長(zhǎng)度變化時(shí)電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律；

（3）當(dāng)焊弧長(zhǎng)度不變，焊條移動(dòng)速度、焊條運(yùn)動(dòng)形式變化時(shí)電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律；

（4）當(dāng)焊弧長(zhǎng)度不變，焊條移動(dòng)速度過(guò)慢，出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象時(shí)電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律；

（5）當(dāng)焊弧長(zhǎng)度不變，焊條移動(dòng)速度過(guò)快，出現(xiàn)斷火現(xiàn)象時(shí)電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律；

（6）當(dāng)焊條移動(dòng)速度不變，焊弧長(zhǎng)度增加，出現(xiàn)斷火現(xiàn)象時(shí)電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律；

（7）當(dāng)焊條移動(dòng)速度不變，焊弧長(zhǎng)度減小，出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象時(shí)電流數(shù)據(jù)及電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律。

3 結(jié)語(yǔ)

分析實(shí)驗(yàn)中引弧、運(yùn)條過(guò)程數(shù)據(jù)，找出焊接電流與焊弧長(zhǎng)度、焊條移動(dòng)速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。確定引弧過(guò)程電流與焊點(diǎn)成像對(duì)應(yīng)規(guī)律。以此為基礎(chǔ)建立引弧數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)電流、電壓數(shù)據(jù)、焊弧長(zhǎng)度、焊條移動(dòng)速度圖像進(jìn)行分析，確定當(dāng)保持焊弧長(zhǎng)度不變，焊條移動(dòng)速度過(guò)快或過(guò)慢對(duì)電流影響，及對(duì)焊道（熔池）形成圖像的影響，找出電流與焊道（熔池）形成圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

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