基于LabVIEW的焊接过程温度测试系统研究

论文摘要

在焊接过程中热源沿焊件移动时,焊件上某点温度随时间变化的过程称为焊接热循环,它可以描述焊接过程中热源对母材金属的加热过程。焊缝及近缝金属组织及性能的变化取决于母材金属的化学成分和焊接过程中的热循环特点。尤其在焊缝附近的热影响区（HAZ）受焊接过程热循环（加热和冷却）的作用,相当于经历了一次“特殊的热处理”过程一样。焊缝及热影响区各部分由于离焊缝距离不同而被加热到不同的温度,焊后冷却时又以不同的冷速冷却下来,使该区域的组织及性能变化非常复杂。因此,对焊接过程温度变化进行测试研究、分析具有重要的理论及实际意义。焊接热循环参数主要有加热速度、加热峰值温度、相变温度以上停留时间及冷却速度等,这些因素都会影响焊后组织和性能。因此,通过建立一套先进的焊接热循环的测试与分析计算系统,可以为分析焊接接头组织性能变化及焊接缺陷生成机理提供重要依据及技术手段。也可指导和改进焊接工艺设计、改善热循环过程,进而达到提高焊接质量的目的。本文采用计算机软、硬件技术并结合适当的数据处理方法,研究和开发了一套基于LabVIEW编程语言的焊接过程温度测试及分析系统。该系统由热电偶、温度变送器、数据采集卡和微机等组成,集焊接热循环温度数据采集、存储、处理和分析功能于一体。整个系统具有多通道温度信号采集、热循环曲线实时显示、数据存储、数据回放、曲线打印输出等功能。该系统与传统的X-Y函数记录仪测试方法相比,具有精度高、实时性好、使用方便、界面友好、功能强等优点。本文还采用16Mn低合金钢进行了焊接测试实验。通过对测得的焊接热循环曲线,以及焊接HAZ微观组织的分析,所得试验结果与传统焊接CCT图吻合较好。说明依据测得的热循环曲线并参考焊接CCT图,能够对HAZ组织进行预测,进一步证实了本系统的实用性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 计算机技术在焊接中的应用
• 1.1.1 计算机技术在焊接工程中的应用
• 1.1.2 人工智能新技术在焊接工程中的应用
• 1.2 焊接热循环的研究现状及实用意义
• 1.3 本论文的研究内容
• 2 系统方案及原理
• 2.1 温度测试及热电偶测温原理
• 2.2 数据采集原理
• 2.2.1 数据采集系统的基本组成
• 2.2.2 数据采样原理
• 2.2.3 数据采集系统的主要性能指标
• 2.3 数字滤波原理
• 2.3.1 数字滤波
• 2.4 HAZ 热循环参数
• 2.5 HAZ 热循环参数经验计算法及线算图法
• 2.5.1 经验公式计算法
• 2.5.2 线算图计算法
• 2.6 焊接CCT 图及其应用
• 2.6.1 焊接CCT 图与焊接热影响区的对应关系
• 2.6.2 焊接CCT 图与热处理CCT 图的区别
• 2.7 测试系统总体模型
• 3 系统硬件设计
• 3.1 总体设计
• 3.1.1 计算机测试系统组成
• 3.2 焊接热循环测试系统硬件构成
• 3.2.1 温度传感器工作原理
• 3.2.2 温度变送器
• 3.2.3 数据采集卡
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统软件的主要功能
• 4.1.1 软件系统的模块划分及工作流程
• 4.2 软件设计工具的选择
• 4.2.1 软件系统开发平台的选择
• 4.2.2 虚拟仪器技术
• 4.2.3 虚拟仪器基本概念
• 4.2.4 虚拟仪器结构及特点
• 4.2.5 软件系统开发语言的选择
• 4.3 软件系统设计
• 4.3.1 软件的循环和程序流程控制
• 4.3.2 数据采集卡编程
• 4.3.3 数据采集程序设计
• 4.3.5 参数记录程序设计
• 4.3.6 数据回放程序设计
• 4.3.7 曲线打印程序设计
• 4.3.8 操作界面设计
• 5 焊接HAZ 热循环测定实验及结果分析
• 5.1 试验过程
• 5.2 试验结果及分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表论文情况