CN204906561U - 一种水下干式高压环境下的gmaw熔滴过渡图像拍摄系统 - Google Patents

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马正住
朱加雷
周灿丰
焦向东
李卫强
贾存锋
石庭深
王纪兵
冯艳鹏
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Beijing Institute of Petrochemical Technology
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Abstract

本实用新型公开了一种水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，在高压焊接试验舱内设有熔化极焊炬，将氙灯和高速摄像机分别置于所述熔化极焊炬的两侧，熔化极焊炬的焊丝末端同时位于高速摄像机的焦点和所述氙灯的焦点位置。高速摄像机的镜头中心、所述焊丝末端、所述氙灯的光源中心三点同轴共线。高速摄像机的镜头采用微距镜头。高速摄像机的镜头连接有中心频率为632.8mm的带通滤光片。氙灯前设有聚焦透镜。高速摄像机连接有控制显示装置。可用于0.6MPa(相当于60m水深)压力环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄，实现在0.6MPa以下的高气压压缩空气条件下，得到清晰柔和的熔滴过渡和电弧形态图像。

Description

一种水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统
技术领域
本实用新型涉及一种水下焊接技术，尤其涉及一种水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统。
背景技术
GMAW施焊过程中，电弧是否稳定，飞溅金属的大小和数量，熔池运动状态及随后的焊缝成形等，都与焊丝端部熔化时形成的熔滴形状及其过渡状态有关。与普通人像或景物摄影相比，焊接熔滴过渡过程具有被拍摄对象画面小(一般情况小于10mm×10mm)，熔滴过渡频率高(几十至几百赫兹)，熔滴穿越电弧空间速度快(可达每秒几十米)等特点。而高速摄影技术作为一种先进的测试手段，能将高速运动过程或高速瞬变过程的空间信息和时间信息联系在一起，记录其细微过程，经常用于熔滴过渡等过程的研究。
在水下干式高压环境下，其电弧行为及熔滴过渡过程与大气环境中有很大的差异。要实现连续稳定的焊接过程，保证焊接质量，须采用高速摄像技术对焊接电弧的稳定性及熔滴过渡方式进行深入的观察与分析。而高压密闭环境下，熔滴被高温、高亮度的电弧所笼罩，焊接烟雾浓重，通常还伴有大量的飞溅，可见度低，观察视野差，现有技术中，针对于0.6MPa高压环境下的清晰熔滴过渡图像的拍摄，缺乏相关的可行性的方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种在0.6MPa以下的高气压压缩空气条件下，得到清晰柔和的熔滴过渡和电弧形态图像的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
本实用新型的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，在高压焊接试验舱内设有熔化极焊炬，其特征在于，在所述高压焊接试验舱内，将氙灯和高速摄像机分别置于所述熔化极焊炬的两侧，所述熔化极焊炬的焊丝末端同时位于所述高速摄像机的焦点和所述氙灯的焦点位置。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，由于在所述高压焊接试验舱内，将氙灯和高速摄像机分别置于熔化极焊炬的两侧，熔化极焊炬的焊丝末端同时位于高速摄像机的焦点和所述氙灯的焦点位置，可以通过合理规划舱内氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬三者之间的相对距离，并依据氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬的相对位置，调节高速摄像机的焦距、光圈、曝光时间，氙灯的焦距，选配合理的滤光片，可实现在0.6MPa(相当于60m水深)的压力环境下，清晰拍摄到熔滴过渡与电弧形态，满足高压环境下清晰的观察视野需求。本方法适用于高压环境下GMAW、TIG脉动填丝焊、激光复合焊、激光增强焊等新型焊接工艺开发、焊接电源的研制以及电弧作用机理的研究。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
本实用新型的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其较佳的具体实施方式是：
在高压焊接试验舱内设有熔化极焊炬，在所述高压焊接试验舱内，将氙灯和高速摄像机分别置于所述熔化极焊炬的两侧，所述熔化极焊炬的焊丝末端同时位于所述高速摄像机的焦点和所述氙灯的焦点位置。
所述高速摄像机的镜头中心、所述焊丝末端、所述氙灯的光源中心三点同轴共线。
所述高速摄像机的镜头采用微距镜头。
所述高速摄像机的镜头连接有滤光片。
所述高速摄像机的镜头与所述滤光片之间通过螺纹连接。
所述滤光片采用中心频率为632.8mm的带通滤光片。
所述氙灯前设有一个或多个聚焦透镜。
所述高速摄像机连接有控制显示装置。
本实用新型的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，可用于0.6MPa(相当于60m水深)压力环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄，实现在0.6MPa以下的高气压压缩空气条件下，得到清晰柔和的熔滴过渡和电弧形态图像。
本实用新型的具体应用中，通过合理规划氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬三者之间的相对距离，并依据氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬的相对位置，调节高速摄像机的焦距、光圈、曝光时间以及氙灯的焦距，使焊丝末端同时位于高速摄像机、氙灯的焦点位置。
所述高速摄像机连接有控制显示装置(CDU)，实时显示录制状态，确认所述焊丝末端同时处于所述高速摄像机与所述氙灯的焦点上，所述高速摄像机的镜头中心、所述焊丝末端、所述氙灯的光源中心三点同轴共线。
所述高速摄像机的镜头采用微距镜头；所述高速摄像机镜头与滤光片镜片进行螺纹连接；
所述滤光片采用中心频率为632.8mm的带通滤光片，滤除作为弧光主要组成部分的蓝紫光。
所述高速摄像机光圈全开，快门时间为20μs时，可在密闭高压环境下获得熔滴过渡形态与电弧形态图像质量的最优值。
所述氙灯光源焦距可调。
本实用新型通过合理规划舱内氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬三者之间的相对距离，并依据氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬的相对位置，调节高速摄像机的焦距、光圈、曝光时间，氙灯的焦距，选配合理的滤光片，可实现在0.6MPa，相当于60m水深的压力环境下，清晰拍摄到熔滴过渡与电弧形态，满足高压环境下清晰的观察视野需求。本方法适用于高压环境下GMAW、TIG脉动填丝焊、激光复合焊、激光增强焊等新型焊接工艺开发、焊接电源的研制以及电弧作用机理的研究。
具体实施例：
如图1所示，为一种水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，在高压焊接试验舱内，将氙灯、高速摄像机置于熔化极焊炬两侧；
所述高速摄像机采用微距镜头，镜头上旋有中心频率为632.8mm的带通滤光片，滤除作为弧光主要组成部分的蓝紫光。
所述高速摄像机与控制显示装置(CDU)相连，用于实时显示录制状态。
所述高速摄像机与千兆以太网相连，用于将采集所得图像数据传输至PC机本地。所述千兆以太网一端连接位于舱内的高速摄像机，另一端经过穿舱法兰，连接位于舱外的PC机。
所述高速摄像机置于保护罩内，工作时保护罩外部为0.6MPa的高气压压缩空气，内部为常压环境。所述高速摄像机始终工作在常压环境下，从而降低了高压对高速摄像机元器件造成损坏。
合理规划氙灯、高速摄像机、熔化极焊炬三者之间的相对距离，设定高速摄像机与氙灯的距离为L2，氙灯与焊丝的距离为L3。所述氙灯内部装有两个间距为L1的聚焦透镜，通过调节L1的长度，可进一步确定所述氙灯焦点的位置。
调节L1与L3，直至焊丝末端所在位置为最亮点，即为所述氙灯光源的焦点。将所述高速摄像机的帧速设定为2000帧/s，曝光时间设定为20μs。调节所述高速摄像机的角度，所述高速摄像机与所述氙灯、所述焊丝末端的相对高度，同时并调节L2，直至控制显示装置(CDU)出现清晰的圆形光斑。
调节高速摄像机焦点位置，直至控制显示装置出现清晰的焊丝末端图片。
移出控制显示装置，将高速摄像机保护罩密封，所得图像数据通过千兆以太网导出，传入PC本地中，进行焊接过程离线分析。
本实用新型实施例提供的0.6MPa，相当于60m水深环境压力下的不同时刻GMAW熔滴过渡图像中，可清晰观测到高气压环境下熔滴与电弧形态。在0.6MPa高压环境下，焊接电流150A，焊接电压30V，此时熔滴过渡过程中，电弧在熔滴一侧燃烧，熔滴上翘，整体高于焊丝末端，并悬于焊丝轴线一侧。在电弧排斥力作用下被扯断漂入焊接熔池中。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，在高压焊接试验舱内设有熔化极焊炬，其特征在于，在所述高压焊接试验舱内，将氙灯和高速摄像机分别置于所述熔化极焊炬的两侧，所述熔化极焊炬的焊丝末端同时位于所述高速摄像机的焦点和所述氙灯的焦点位置。
2.根据权利要求1所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述高速摄像机的镜头中心、所述焊丝末端、所述氙灯的光源中心三点同轴共线。
3.根据权利要求2所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述高速摄像机的镜头采用微距镜头。
4.根据权利要求3所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述高速摄像机的镜头连接有滤光片。
5.根据权利要求4所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述高速摄像机的镜头与所述滤光片之间通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述滤光片采用中心频率为632.8mm的带通滤光片。
7.根据权利要求6所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述氙灯前设有一个或多个聚焦透镜。
8.根据权利要求1至7任一项所述的水下干式高压环境下的GMAW熔滴过渡图像拍摄系统，其特征在于，所述高速摄像机连接有控制显示装置。
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