книги / Теория сварочных процессов

изображении, кодированные числом, меньшим k, на бинарном изображении станут белыми, в матрице – кодировка 0; все темные участки на реальном изображении, кодированные числом, большим k, на бинарном изображении станут черными, в матрице – кодировка 1;

2) выделить на изучаемом шлифе квадратный участок площадью 300×300 пикселей (в зависимости от увеличения и типа металлографического микроскопа это может соответствовать площади от 10 мкм2 до 1 мм2). Это значение площади в пикселях является оптимальным. Участки меньших размеров не желательны, поскольку могут охватывать только отдельный структурный фрагмент и не дать полного представления о периодичности и фрагментарности структуры в целом. Верхняя граница площади обрабатываемого фрактальным анализом участка шлифа определяется только возможностями процессора компьютера;

3) полученные изображения структур образцов сохранить в формате точечного рисунка bmp или jpg.

После этих подготовительных действий можно приступать собственно к проведению анализа, последовательные этапы которого задаются алгоритмом, разработанным на кафедре СП и ТКМ ПГТУ.

При фрактальном описании структур сварных швов алгоритм, реализованный программными средствами Mathcad 2001 Professional, MATLAB 6.1, заключался в следующем:

1.Дискретная аппроксимация исследуемых структур: разбиение соответствующих бинарных изображений квадратной сеткой, состоящей из одинаковых ячеек, и присвоение ячейкам, приходящимся на область перлита, значений 0, а на однофазную светлую область видманштеттова феррита – значений 1. Таким образом, полученное оцифрованное изображение структуры представляет собой матрицу, состоящую из нулей и единиц.

2.Обработка массивов цифровых значений (матриц), полученных

путем разбиения матриц на более крупные ячейки с размерами Li×Li

(i = 1…32).

3.Построение для каждого разбиения характеристической меры

ввиде вероятности распределения единиц Pi, необходимых для покрытия поля феррита.

4.Аппроксимация зависимостей ln(Pi) от ln(Li) методом наимень-

ших квадратов и определение фрактальных размерностей Df, из соот-

ношения

Pi = const(Li)–D.

141

Данный алгоритм был реализован для анализа структурообразования металла швов опытных электродов серии 17 (по нумерации УИС), с покрытием на основе уральского ильменита. В качестве базового состава использовали электроды марки МР-3, с заменой ферромарганца на силикомарганец и добавкой ферротитана.

Для исследования микроструктуры использовали микроскоп МИМ-8, цифровую видеокамеру AverMedia (разрешение 640×420), транслирование изображения на дисплей компьютера осуществлялось системой Amcap.

Фрактальный анализ структур сварных швов проводился по основным зонам сварного соединения:

–по центру шва;

–зоне термовлияния (ЗТВ);

–зоне сплавления;

–основному металлу.

Изучали фотоизображения всех зон сварного соединения размером 440×440 пикселей, что соответствовало участку сварного шва 150×150 мкм (при увеличении ×150). Такой размер охватываемой области вполне корректен, так как толщина зон, в которых имеются структурные отличия может достигать 400 мкм (за исключением зоны сплавления). Дополнительно исследовали фотоизображения центра шва при большем увеличении (×450), размер изображения составлял 300×300 пикселей, что соответствовало участку образца размером 40×40 мкм. На рис. 4.18–4.22 представлен листинг программы бинаризации структуры центра шва опытных электродов серии 17.

Приведенный фрагмент матрицы М соответствует реальному изображению структуры, а фрагмент матрицы Mb – бинарному изображению. Полученное бинарное изображение обрабатывалось программой фрактального анализа, приведенной на рис. 4.23, листинг обработки приведен на рис. 4.24–4.27.

В результате реализации программного алгоритма получено значение фрактальной размерности структуры Df .

Результаты фрактального анализа структуры металла шва приведены в табл. 4.3, где представлены структуры различных зон наиболее характерных из сварных швов и соответствующие им фрактальные размерности.

Как видно из сопоставления значений фрактальной размерности Df с топографией структуры (см. табл. 4.3), более грубая структура имеет меньшее значение фрактальной размерности, а более гомогенная структура имеет большее значение фрактальной размерности (исключение составляет только зона сплавления, результаты анализа которой объяснены ниже).

142

Считывание изображения M READBMP ( "1793osn.bmp" )

а б

Рис. 4.21. Листинг программы бинаризации структуры основного металла (вверху); матрицы изображения структуры (в центре); структуры основного металла (внизу):

реальная (а) и бинарная (б). ×150

146