一種水下干式高壓環(huán)境下的gmaw熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水下焊接技術(shù)，尤其涉及一種水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]GMAW施焊過(guò)程中，電弧是否穩(wěn)定，飛濺金屬的大小和數(shù)量，熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及隨后的焊縫成形等，都與焊絲端部熔化時(shí)形成的熔滴形狀及其過(guò)渡狀態(tài)有關(guān)。與普通人像或景物攝影相比，焊接熔滴過(guò)渡過(guò)程具有被拍攝對(duì)象畫面小(一般情況小于1mmX 10mm)，熔滴過(guò)渡頻率高(幾十至幾百赫茲)，熔滴穿越電弧空間速度快(可達(dá)每秒幾十米)等特點(diǎn)。而高速攝影技術(shù)作為一種先進(jìn)的測(cè)試手段，能將高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程或高速瞬變過(guò)程的空間信息和時(shí)間信息聯(lián)系在一起，記錄其細(xì)微過(guò)程，經(jīng)常用于熔滴過(guò)渡等過(guò)程的研究。
[0003]在水下干式高壓環(huán)境下，其電弧行為及熔滴過(guò)渡過(guò)程與大氣環(huán)境中有很大的差異。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的焊接過(guò)程，保證焊接質(zhì)量，須采用高速攝像技術(shù)對(duì)焊接電弧的穩(wěn)定性及熔滴過(guò)渡方式進(jìn)行深入的觀察與分析。而高壓密閉環(huán)境下，熔滴被高溫、高亮度的電弧所籠罩，焊接煙霧濃重，通常還伴有大量的飛濺，可見(jiàn)度低，觀察視野差，現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)于0.6MPa高壓環(huán)境下的清晰熔滴過(guò)渡圖像的拍攝，缺乏相關(guān)的可行性的方案。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種在0.6MPa以下的高氣壓壓縮空氣條件下，得到清晰柔和的熔滴過(guò)渡和電弧形態(tài)圖像的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，在高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有熔化極焊炬，其特征在于，在所述高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)，將氙燈和高速攝像機(jī)分別置于所述熔化極焊炬的兩側(cè)，所述熔化極焊炬的焊絲末端同時(shí)位于所述高速攝像機(jī)的焦點(diǎn)和所述氙燈的焦點(diǎn)位置。
[0007]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，由于在所述高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)，將氙燈和高速攝像機(jī)分別置于熔化極焊炬的兩側(cè)，熔化極焊炬的焊絲末端同時(shí)位于高速攝像機(jī)的焦點(diǎn)和所述氙燈的焦點(diǎn)位置，可以通過(guò)合理規(guī)劃艙內(nèi)氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬三者之間的相對(duì)距離，并依據(jù)氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬的相對(duì)位置，調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)的焦距、光圈、曝光時(shí)間，氙燈的焦距，選配合理的濾光片，可實(shí)現(xiàn)在0.6MPa (相當(dāng)于60m水深)的壓力環(huán)境下，清晰拍攝到熔滴過(guò)渡與電弧形態(tài)，滿足高壓環(huán)境下清晰的觀察視野需求。本方法適用于高壓環(huán)境下GMAW、TIG脈動(dòng)填絲焊、激光復(fù)合焊、激光增強(qiáng)焊等新型焊接工藝開(kāi)發(fā)、焊接電源的研制以及電弧作用機(jī)理的研究。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0010]本實(shí)用新型的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0011 ] 在高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有熔化極焊炬，在所述高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)，將氙燈和高速攝像機(jī)分別置于所述熔化極焊炬的兩側(cè)，所述熔化極焊炬的焊絲末端同時(shí)位于所述高速攝像機(jī)的焦點(diǎn)和所述氙燈的焦點(diǎn)位置。
[0012]所述高速攝像機(jī)的鏡頭中心、所述焊絲末端、所述氙燈的光源中心三點(diǎn)同軸共線。
[0013]所述高速攝像機(jī)的鏡頭采用微距鏡頭。
[0014]所述高速攝像機(jī)的鏡頭連接有濾光片。
[0015]所述高速攝像機(jī)的鏡頭與所述濾光片之間通過(guò)螺紋連接。
[0016]所述濾光片采用中心頻率為632.8mm的帶通濾光片。
[0017]所述氣燈前設(shè)有一個(gè)或多個(gè)聚焦透鏡。
[0018]所述高速攝像機(jī)連接有控制顯示裝置。
[0019]本實(shí)用新型的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，可用于0.6MPa(相當(dāng)于60m水深)壓力環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝，實(shí)現(xiàn)在0.6MPa以下的高氣壓壓縮空氣條件下，得到清晰柔和的熔滴過(guò)渡和電弧形態(tài)圖像。
[0020]本實(shí)用新型的具體應(yīng)用中，通過(guò)合理規(guī)劃氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬三者之間的相對(duì)距離，并依據(jù)氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬的相對(duì)位置，調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)的焦距、光圈、曝光時(shí)間以及氙燈的焦距，使焊絲末端同時(shí)位于高速攝像機(jī)、氙燈的焦點(diǎn)位置。
[0021]所述高速攝像機(jī)連接有控制顯示裝置(CDU)，實(shí)時(shí)顯示錄制狀態(tài)，確認(rèn)所述焊絲末端同時(shí)處于所述高速攝像機(jī)與所述氙燈的焦點(diǎn)上，所述高速攝像機(jī)的鏡頭中心、所述焊絲末端、所述氙燈的光源中心三點(diǎn)同軸共線。
[0022]所述高速攝像機(jī)的鏡頭采用微距鏡頭；所述高速攝像機(jī)鏡頭與濾光片鏡片進(jìn)行螺紋連接；
[0023]所述濾光片采用中心頻率為632.8mm的帶通濾光片，濾除作為弧光主要組成部分的藍(lán)紫光。
[0024]所述高速攝像機(jī)光圈全開(kāi)，快門時(shí)間為20 μ s時(shí)，可在密閉高壓環(huán)境下獲得熔滴過(guò)渡形態(tài)與電弧形態(tài)圖像質(zhì)量的最優(yōu)值。
[0025]所述氙燈光源焦距可調(diào)。
[0026]本實(shí)用新型通過(guò)合理規(guī)劃艙內(nèi)氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬三者之間的相對(duì)距離，并依據(jù)氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬的相對(duì)位置，調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)的焦距、光圈、曝光時(shí)間，氙燈的焦距，選配合理的濾光片，可實(shí)現(xiàn)在0.6MPa，相當(dāng)于60m水深的壓力環(huán)境下，清晰拍攝到熔滴過(guò)渡與電弧形態(tài)，滿足高壓環(huán)境下清晰的觀察視野需求。本方法適用于高壓環(huán)境下GMAW、TIG脈動(dòng)填絲焊、激光復(fù)合焊、激光增強(qiáng)焊等新型焊接工藝開(kāi)發(fā)、焊接電源的研制以及電弧作用機(jī)理的研究。
[0027]具體實(shí)施例:
[0028]如圖1所示，為一種水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，在高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)，將氙燈、高速攝像機(jī)置于熔化極焊炬兩側(cè)；
[0029]所述高速攝像機(jī)采用微距鏡頭，鏡頭上旋有中心頻率為632.8mm的帶通濾光片，濾除作為弧光主要組成部分的藍(lán)紫光。
[0030]所述尚速攝像機(jī)與控制顯不裝置(⑶U)相連，用于實(shí)時(shí)顯/」、錄制狀態(tài)。
[0031]所述高速攝像機(jī)與千兆以太網(wǎng)相連，用于將采集所得圖像數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)本地。所述千兆以太網(wǎng)一端連接位于艙內(nèi)的高速攝像機(jī)，另一端經(jīng)過(guò)穿艙法蘭，連接位于艙外的PC機(jī)。
[0032]所述高速攝像機(jī)置于保護(hù)罩內(nèi)，工作時(shí)保護(hù)罩外部為0.6MPa的高氣壓壓縮空氣，內(nèi)部為常壓環(huán)境。所述高速攝像機(jī)始終工作在常壓環(huán)境下，從而降低了高壓對(duì)高速攝像機(jī)元器件造成損壞。
[0033]合理規(guī)劃氙燈、高速攝像機(jī)、熔化極焊炬三者之間的相對(duì)距離，設(shè)定高速攝像機(jī)與氙燈的距離為L(zhǎng)2，氙燈與焊絲的距離為L(zhǎng)3。所述氙燈內(nèi)部裝有兩個(gè)間距為L(zhǎng)I的聚焦透鏡，通過(guò)調(diào)節(jié)LI的長(zhǎng)度，可進(jìn)一步確定所述氙燈焦點(diǎn)的位置。
[0034]調(diào)節(jié)LI與L3，直至焊絲末端所在位置為最亮點(diǎn)，即為所述氙燈光源的焦點(diǎn)。將所述高速攝像機(jī)的幀速設(shè)定為2000幀/s，曝光時(shí)間設(shè)定為20 μ S。調(diào)節(jié)所述高速攝像機(jī)的角度，所述高速攝像機(jī)與所述氙燈、所述焊絲末端的相對(duì)高度，同時(shí)并調(diào)節(jié)L2，直至控制顯示裝置(CDU)出現(xiàn)清晰的圓形光斑。
[0035]調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)焦點(diǎn)位置，直至控制顯示裝置出現(xiàn)清晰的焊絲末端圖片。
[0036]移出控制顯示裝置，將高速攝像機(jī)保護(hù)罩密封，所得圖像數(shù)據(jù)通過(guò)千兆以太網(wǎng)導(dǎo)出，傳入PC本地中，進(jìn)行焊接過(guò)程離線分析。
[0037]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的0.6MPa，相當(dāng)于60m水深環(huán)境壓力下的不同時(shí)刻GMAW熔滴過(guò)渡圖像中，可清晰觀測(cè)到高氣壓環(huán)境下熔滴與電弧形態(tài)。在0.6MPa高壓環(huán)境下，焊接電流150A，焊接電壓30V，此時(shí)熔滴過(guò)渡過(guò)程中，電弧在熔滴一側(cè)燃燒，熔滴上翹，整體高于焊絲末端，并懸于焊絲軸線一側(cè)。在電弧排斥力作用下被扯斷漂入焊接熔池中。
[0038]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，僅以上述各功能模塊的劃分進(jìn)行舉例說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功會(huì)K。
[0039]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，在高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有熔化極焊炬，其特征在于，在所述高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)，將氙燈和高速攝像機(jī)分別置于所述熔化極焊炬的兩側(cè)，所述熔化極焊炬的焊絲末端同時(shí)位于所述高速攝像機(jī)的焦點(diǎn)和所述氙燈的焦點(diǎn)位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機(jī)的鏡頭中心、所述焊絲末端、所述氙燈的光源中心三點(diǎn)同軸共線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機(jī)的鏡頭采用微距鏡頭。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機(jī)的鏡頭連接有濾光片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機(jī)的鏡頭與所述濾光片之間通過(guò)螺紋連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光片采用中心頻率為632.8mm的帶通濾光片。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述氙燈前設(shè)有一個(gè)或多個(gè)聚焦透鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機(jī)連接有控制顯示裝置。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種水下干式高壓環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝系統(tǒng)，在高壓焊接試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有熔化極焊炬，將氙燈和高速攝像機(jī)分別置于所述熔化極焊炬的兩側(cè)，熔化極焊炬的焊絲末端同時(shí)位于高速攝像機(jī)的焦點(diǎn)和所述氙燈的焦點(diǎn)位置。高速攝像機(jī)的鏡頭中心、所述焊絲末端、所述氙燈的光源中心三點(diǎn)同軸共線。高速攝像機(jī)的鏡頭采用微距鏡頭。高速攝像機(jī)的鏡頭連接有中心頻率為632.8mm的帶通濾光片。氙燈前設(shè)有聚焦透鏡。高速攝像機(jī)連接有控制顯示裝置?？捎糜?.6MPa(相當(dāng)于60m水深)壓力環(huán)境下的GMAW熔滴過(guò)渡圖像拍攝，實(shí)現(xiàn)在0.6MPa以下的高氣壓壓縮空氣條件下，得到清晰柔和的熔滴過(guò)渡和電弧形態(tài)圖像。
【IPC分類】H04N7/18, H04N5/232
【公開(kāi)號(hào)】CN204906561
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520318072
【發(fā)明人】馬正住, 朱加雷, 周燦豐, 焦向東, 李衛(wèi)強(qiáng), 賈存鋒, 石庭深, 王紀(jì)兵, 馮艷鵬
【申請(qǐng)人】北京石油化工學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日