1.2. Принцип работы исследовательского комплекса.

Перед запуском комплекса проводится предварительная фокусировка прожектора (см. рис. 1, 8) на сварочную дугу, а так же фокусировка цифровой видеокамеры (4) при помощи системы линз (3). Запуск комплекса осуществляется в следующем порядке. Вначале включаются источник питания сварочной дуги (6) и дополнительный источник света (9) в режиме холостого хода. Затем включается блок автоматического регулирования сварки (7), цифровой регистратор параметров (5), компьютер (10) и цифровая камера (4) в режим ожидания. Устанавливаются необходимые режимы сварки (БАРС-2В, поз.7) и параметры видеофиксации (при помощи специального ПО, установленного на ЭВМ, 10). Возбуждается сварочная дуга (рис. 1, а) и дополнительная дуга между угольными электродами (рис. 1, б). В процессе сварки производится регистрация параметров при помощи регистратора параметров сварки AWR-224МД 300А (5) и видеокамеры (4) После прекращения процесса регистрирования, прекращается подача энергии на сварочную и дополнительную дугу. Далее происходит обработка видеоизображения и энергетических параметров режима в ЭВМ (10). После обработки видеоизображения файл сохраняется, изменяются параметры режима сварки, процесс повторяется.

1.3. Информационно-измерительный комплекс изучения кинетики плавления и переноса электродного металла.

Одновременно с модернизацией стенда, связанной с применением видеокамеры и специального регистратора, производилась доработка информационно-измерительного комплекса (ИИК), использующего скоростную кинокамеру типа СК-3 и специализированное оборудование для адаптивной импульсно-дуговой сварки, рис. 2.

Рис. 2. Информационно-измерительный комплекс для изучения кинетики плавления и переноса электродного металла.

С помощью модернизированного ИИК были проведены исследования характеристик массопереноса при дуговой сварке в защитных газах, как при одноструйной газовой защите, так и двухструйной.

Кинетику плавления и переноса электродного металла исследовали с использованием информационно-измерительного комплекса (ИИК), укомплектованного интерфейсной платой на основе аналого-цифрового преобразователя, позволяющей вводить в компьютер в цифровом виде аналоговые сигналы, поступающие с датчиков ИИК (значения тока сварки, напряжения). Была проведена компьютерная оптимизация временных параметров импульсно-дугового процесса сварки. Повышение частоты коротких замыканий до ~ 100 Гц позволяет в одном процессе совместить преимущества как «короткой», так и «длинной» дуги: высокую энергию плавления и управляемую проплавляющую способность дуги, гарантированную для различных толщин свариваемых деталей с минимальным уровнем разбрызгивания расплавленного металла. С помощью ИИК получены осциллограммы, кинокадры диаграмма процессов сварки в среде защитных газов.

В состав ИИК входят следующие компоненты: 1 - Сварочный стенд; 2 - Источник когерентного излучения (прожектор на ксеноновой лампе); 3 - Сварочный стенд (1) обеспечивает ведение сварки экспериментальных образцов в автоматическом режиме, во всех пространственных положениях и позволяет устанавливать следующие технологические параметры: вылет электрода от 5 мм до 40 мм, наклон горелки до 30, скорость сварки от 5 до 100 м/час. Для удобства киносъемки и получения наилучшего качества изображения, выбрана схема сварки с неподвижно закрепленной горелкой и перемещающимся вдоль нее свариваемым образцом, закрепленном на подвижном манипуляторе исследовательского стенда. При таком подходе кинокамеру не нужно перемещать синхронно с горелкой во время съемки. Стенд также позволяет перемещать манипулятор вокруг оси съемки (проходит через объектив кинокамеры и точку соприкосновения электрода со свариваемым образцом), обеспечивая возможность сварки в нижнем, потолочном и во всех промежуточных положениях. Механизм крепления горелки позволяет перемещать ее по всей плоскости исследуемого образца для установки ее в точку начала сварки. При включении в сварочную цепь постового регулятора УДГИ –201 или УДГИ – 301 (5) сварка ведется в режиме импульсной стабилизации. Для изучения процессов тепло- массопереноса между электродом и сварочной ванной используется киносъемка, которая осуществляется высокоскоростной кинокамерой (3). Поскольку сварочная дуга является мощным источником света, то киносъемка ведется при теневом изображении электрода и капель электродного металла. Для получения теневого изображения дуга пересвечивается мощным световым потоком, получаемым от прожектора (2). Прожектор оборудован фокусирующим устройством для получения наибольшего светового потока в области сварочной дуги. Съемка ведется со скоростью от 100 до 5000 кадров в секунду, что позволяет при просмотре фильма со стандартной частотой развертки 24 кадра в секунду получить замедление наблюдаемого процесса до 200 раз.

Для регистрации таких параметров, как сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки и подачи электрода, а так же синхронизации киносъемки и сварочного процесса в состав ИИК включены: блок согласования (8), аналого-цифровой преобразователь (9) и компьютер (10). Сигналы контролируемых параметров поступают с датчиков и цепей ИИК в БС, где приводятся к значениям, допустимым для ввода в АЦП. АЦП изготовлен в виде платы, подключаемой к компьютеру (типа IBM PC AT) через ISA шину. Блок АЦП построен на отечественной элементной базе и имеет следующие технические характеристики:

Количество входных аналоговых каналов – 8 (независимых);

Количество цифровых входов-выходов – 24;

Уровень входного сигнала, В – от 0 до +8,0;

Количество разрядов АЦП – 12;

Время преобразования одного канала, сек – не более 4010-6;

Количество выходных аналоговых каналов – 1.

В АЦП аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой код, который обрабатывается программным обеспечением, написанным для операционной среды MS Windows. Программы позволяют вести наблюдение за контролируемыми параметрами в режиме реального времени, записывать данные в файл с последующим воспроизведением на экране компьютера, качественно оценивать стабильность регистрируемых параметров и производить расчет различных значений (длительности явлений, мгновенных и средних значений). Для оценки сварочно-технологических свойств порошковой проволоки использовали следующие характеристики сварочного процесса:

• стабильность зажигания дуги;

• стабильность горения дуги;

• стабильность переноса капель электродного металла;

• величина разбрызгивания.

Стабильность зажигания дуги, стабильность горения дуги и стабильность переноса капель электродного металла определяли с помощью ИКК и методом скоростной киносъёмки (5000 кадров/с).