分析MIG焊焊接煙塵光電信息的采集

焊接生產(chǎn)過程中會因為母材、焊接材料以及焊接冶金反應(yīng)生成一系列以氣體和氣溶膠態(tài)形式存在的煙塵物質(zhì)，這些煙塵物質(zhì)散布于空氣中，很容易被人體吸收，因而當(dāng)煙塵濃度過一定標(biāo)準(zhǔn)后，會嚴(yán)危害環(huán)境和人體健康[1]。本文通過建立MIG焊焊接煙塵光電檢測系統(tǒng)，以光學(xué)理論為基礎(chǔ)原理，對焊接煙塵進(jìn)行實時光電檢測，以達(dá)到對不同焊接工藝的焊接煙塵進(jìn)行分析總結(jié)的目的，進(jìn)而有效控制對人體危害較大的焊接工藝的應(yīng)用，大限度地保護(hù)焊接環(huán)境和操作員的安全。 
　　1 MIG焊焊接煙塵光電檢測系統(tǒng) 
　　MIG焊焊接煙塵光電檢測系統(tǒng)是以光學(xué)理論為基礎(chǔ)原理，通過檢測MIG焊不同焊接參數(shù)下激光在煙塵區(qū)的信息變化，實現(xiàn)對煙塵變化的實時檢測，進(jìn)而得出不同焊接方法和工藝產(chǎn)生的煙塵的性質(zhì)和特點，總結(jié)出焊接工藝參數(shù)對MIG焊接煙塵濃度及生成量的影響規(guī)律。該系統(tǒng)主要由MIG焊接系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)兩大部分組成： 
　　（一）MIG焊接系統(tǒng) 
　　MIG焊是一種以氬氣或富氬氣為保護(hù)介質(zhì)、以可熔化的焊絲及燃燒于工件間的電弧為熱源的電弧焊，具有焊接質(zhì)量高、載流能力大的特點。MIG焊接系統(tǒng)主要包括基本焊接設(shè)備、直流電焊機(jī)脈沖控制器、焊接輔助設(shè)備等三個組成部分[2]。 
　　基本焊接設(shè)備的具體應(yīng)用設(shè)備及要求為：①逆變式V-300型林肯電焊機(jī)，焊接性能好，滿足實驗的工藝要求，電流輸出范圍：50A-300A；電壓輸出：13V-42V； 
　?、赟-86A型半自動送絲機(jī)，慣性小，動態(tài)品質(zhì)高，送絲均勻平穩(wěn)，讀數(shù)方便，送絲速度：1.7-21m/min，焊絲直徑：實芯0.8-2mm，藥芯3.2mm；③SWHT-1A-2C直線焊接工作臺采用單軸數(shù)控裝置，傳動部分采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，運(yùn)行平穩(wěn)，易安裝可拆卸。直流電焊機(jī)脈沖控制器采用單片機(jī)核心的數(shù)字化結(jié)構(gòu)，快捷簡便，實用性強(qiáng)，焊接輔助設(shè)備主要包括氬氣瓶、氣流計、電壓表、分流器等。 
　?。ǘ┕鈱W(xué)系統(tǒng) 
　　光學(xué)系統(tǒng)主要由激光器、光纖、光譜儀三部分組成，通過激光的產(chǎn)生、傳遞和接收組成光電檢測光路。本實驗選用單色、穩(wěn)定性好的氦氖激光器，發(fā)散角小、光能集中，并根據(jù)激光器配置了合適的石英光纖，光譜儀則采用了AvaSpec-2048型，具有高靈敏度和高分辨率優(yōu)勢，傳輸速度快，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱。 
　　2 焊接煙塵光電采集實驗 
　?。ㄒ唬嶒灴傮w設(shè)計 
　　焊接煙塵光電采集實驗的總體實驗方案流程為：實驗準(zhǔn)備→實驗參數(shù)確定→實驗系統(tǒng)設(shè)計→MIG焊接系統(tǒng)、光電檢測系統(tǒng)→焊接實驗→數(shù)據(jù)采集分析→實驗結(jié)論。 
　　（二）MIG焊焊接工藝試驗 
　　MIG焊是工業(yè)應(yīng)用中較為廣泛的一種焊接工藝，具有焊接質(zhì)量高、載流能力大、生產(chǎn)率高等特點，因而本次實驗選用這種焊接工藝進(jìn)行試驗，分析MIG焊各工藝參數(shù)對焊接煙塵的濃度及生成量的影響規(guī)律，進(jìn)而得出危害較大的焊接參數(shù)并對其進(jìn)行有效控制，促進(jìn)焊接環(huán)境的改善和焊接質(zhì)量的提高。 
　　（三）焊接光電檢測實驗 
　?。?）實驗準(zhǔn)備。實驗準(zhǔn)備主要從四個方面進(jìn)行：①準(zhǔn)備厚度為8mm的光滑焊接鋼板，去除表面銹跡；②間焊槍固定在板材邊緣，板材下邊安裝姬光接收光纖頭，鋼板固定在行走小車上并置于光纖頭上方；③焊速調(diào)整為5mm，干伸長為15mm，光纖頭以保護(hù)套保護(hù)，固定在靠近焊槍的位置；④安裝數(shù)據(jù)采集軟件并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。 
　?。?）實驗過程 
　　焊接煙塵光電采集實驗是本研究的核心課題，具體的實驗步驟為實驗準(zhǔn)備→焊接系統(tǒng)的調(diào)試、光電采集系統(tǒng)調(diào)試→無焊接光電信息采集→焊接過程的光電采集→進(jìn)行下一組實驗。 
　?。?）實驗注意事項。①激光器如果連續(xù)長時間運(yùn)行會升溫，導(dǎo)致工作狀態(tài)偏離并損壞[3]，因此應(yīng)該在使用一段時間后關(guān)閉激光器，待其冷卻后繼續(xù)實驗；②信息采集過程要確保環(huán)境的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)任何外界干擾；③充分焊接前后發(fā)射與接收的是同一束激光，即激光的發(fā)射與接收同方向。 
　　4 結(jié)語 
　　MIG焊是工業(yè)應(yīng)用中較為廣泛的一種焊接工藝，具有焊接質(zhì)量高、載流能力大、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，本文選用這種焊接工藝進(jìn)行焊接煙塵光電采集實驗，實現(xiàn)對焊接煙塵的實時光電檢測，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步分析MIG焊各工藝參數(shù)對焊接煙塵的濃度及生成量的影響規(guī)律，進(jìn)而得出危害較大的焊接參數(shù)并對其進(jìn)行有效控制，促進(jìn)焊接環(huán)境的改善和焊接質(zhì)量的提高。