【基于虛擬儀器的焊接工藝監測分析系統】
功能/作用介紹
簡介
設備由傳感器、屏蔽接線盒、單片機、調理模塊以及PCI卡等組成的硬件系統和由焊接電流、電壓信號監測模塊、多通道熱電偶溫度監測模塊以及焊接質量分析模塊組成的軟件系統組成。
所自制的實驗設備實現四個功能：
1. 焊接電信號的實時采集。通過霍爾傳感器采集焊接過程的動態電壓及電流信號并利用虛擬儀器表達及保存。
2. 焊接電信號分析及焊接質量預測。通過統計分析、頻譜分析、U-I分析、概率密度分析以及相關性分析。判斷焊接過程的穩定性，預測焊接過程的熔滴過渡頻率和形態，焊接熔池以及飛濺大小。
3.利用熱電偶焊接溫度場進行多通道實時測量。對焊接過程熱影響區等區域的溫度變化實時記錄并作為有限元分析的基礎數據及溫度場判定依據。
4.多通道溫度采集可實現其他熱加工實驗中對工件溫度實時采集。
所自制實驗設備建立了一個基于虛擬儀器的焊接過程中監控、記錄、分析綜合系統。虛擬儀器是一種以計算機作為處理核心，以軟件作為儀表功能實現的新型測試儀器系統。由于其以軟件作為二次儀表核心的特點決定了其功能強大、更新快以及易于擴展和定制的特點，非常適合于多產品、多設備、不同工藝的焊接實驗室使用。該設備同時具有界面友好、安裝操作簡便的特點。
所自制實驗設備克服了探傷以及剖切后進行接頭性能及組織檢驗等傳統的后驗性焊接質量檢測方法為非穩態的焊接過程提供了實時檢測以及質量分析。
事實上焊接過程的穩定性可以通過對焊接過程中的參數測量以及分析來判斷，進而較為精確地預測焊接質量。焊接過程中的各種參數是反映焊接質量信息的有效載體，其中電信號就包含著豐富的信息,它不僅包含了焊接電源信息,而且包含焊接質量的信息：熔滴過渡頻率和形態，焊接過程的穩定性以及飛濺大小等。對氣體保護焊中走絲速度以及氣體流量等的進行監測也能夠很好地控制焊接質量。多種參數分析聯合分析相互印證也會增加焊接過程分析可靠性和準確性。
焊接過程中各種外界因素的擾動，包括焊接電弧漂移、電弧斑點運動等的無規律變化;網絡電壓波動、導電嘴接觸狀況等原因使焊接電流變化而引起的熱輸入變化等，穩定性有時可能被破壞。因此對焊接過程各參數的實時采集與分析對保證焊接過程的順利進行和焊接接頭的質量具有重要意義。
哈爾濱工程大學材料實驗教學中心于2010年在焊接過程數值模擬以及熱處理虛擬儀器測溫的基礎上開始基于虛擬儀器的焊接信號測控系統開發，于2011年取得實驗室成果并獲得哈爾濱工程大學校級基金支持進行實驗教學應用開發。于2013-14學年應用于材料科學與工程和材料物理專業的實驗教學中。
目前隨著焊接信號監測研究的深入，該類儀器逐漸走入工程應用。德國HKS公司無疑是儀器提供商中的佼佼者，他們生產的焊接監測系統、焊接掃描儀、焊接分析儀分別在自動焊接的在線監測、信號記錄以及質量分析等方面達到了工程應用水準。但是其傳統儀器的形式使其功能單一(需要三個儀器來實現檢測、記錄和分析功能)且缺乏可擴展性，尤其是對手工焊接的應用較為欠缺，其動輒幾百萬的價格也是應用不廣的原因之一。國內很多大學包括焊接領域領先的哈爾濱工業大學、上海交通大學等學校先后開展了各類焊接過程電信號以及熱、光信號的研究并在理論上取得了大量突破，但是缺乏在教學中的應用，更未見工程應用報道。我們自制的焊接信號監控分析系統則在完成實驗教學的同時為中船重工重慶齒輪箱公司開發手工電弧焊電信號監控系統并投入生產以及為哈爾濱電氣集團動裝公司研發氬弧焊焊接電信號監控系統用于外協件焊接質量監控。從而取得了第一手的工程應用數據并將之反饋于儀器開發和實驗教學。
作品名稱：基于虛擬儀器的焊接工藝監測分析系統
完成單位：哈爾濱工程大學
