德國 漢諾威在線焊接質(zhì)量分析儀 AH-XXV
概述：
漢諾威在線焊接質(zhì)量分析儀通過對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測及數(shù)字化記錄，并由分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，是目前對焊接工藝過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)控和質(zhì)量分析廣泛應(yīng)用的焊接質(zhì)量分析儀器。主要實(shí)時(shí)測量焊接過程中的電參數(shù)（焊接電流、焊接電壓），對瞬時(shí)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得出幅值特征的概率密度分布曲線和時(shí)間特征的時(shí)間頻數(shù)分布曲線，用來分析評價(jià)各種焊接材料、焊接電源、焊接工藝的電弧物理特性。
德國漢諾威大學(xué)的 Dietrich Rehfeldt教授（Prof. Dr. D. Rehfeldt）從1966年開始帶領(lǐng)他的JOINING OF MATERIALS (JOM) 科研團(tuán)隊(duì)一直潛心于漢諾威焊接質(zhì)量分析儀的開發(fā)與研制，在焊接行業(yè)享有盛譽(yù)，版本AH-XXV-2E，是目前國際上的在線焊接質(zhì)量分析與焊接過程測試儀器。
Rehfeldt教授還與北京工業(yè)大學(xué)焊接研究所一直進(jìn)行國際合作，服務(wù)與中國境內(nèi)的科院與教學(xué)。此外，北京工業(yè)大學(xué)的科研人員經(jīng)過多年的潛心研究，專門研制出適合拍攝焊接用的氙燈白光背光光源，配合變焦微距鏡頭、近攝鏡、減光鏡、保護(hù)UV鏡、全色濾鏡等各種附件，與高速攝像機(jī)的各種外觸發(fā)功能相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了高速攝像機(jī)對焊接過程熔滴和熔池動(dòng)態(tài)變化過程的清晰觀察與拍攝，并將焊接工程電參數(shù)的采集、分析與高速拍攝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步與軟件對接，形成了一套完整的焊接過程研究與質(zhì)量控制的解決方案。
主要應(yīng)用于：
氣體保護(hù)焊，手工電弧焊，氬弧焊，埋弧焊等
焊接過程的分析和監(jiān)測；
焊接材料質(zhì)量評定；
焊接工藝優(yōu)化與驗(yàn)證；
焊接電源校準(zhǔn)和診斷。
漢諾威在線焊接質(zhì)量分析儀硬件：
硬件配置：
u 電壓傳感器：±128V
u 電流傳感器：±1000A
u 隔離變壓器：500VA
u 工控服務(wù)器：處理器AMDA8 5600K，8G內(nèi)存、1TB硬盤
u 操作系統(tǒng)：MS-Windows 7專業(yè)版
u 12位A/D卡 16個(gè)通道，采樣頻率：330kHz。 最短采樣間隔：單通道3.2微秒
u 傳感器信號調(diào)節(jié)單元
u 同軸電纜
技術(shù)參數(shù)：
u 測量范圍：
電壓：雙極性-128V～128V單極性0V～128V
電流：雙極性-1000A～1000A 單極性0A～1000A
u 測量精度：電壓U≤2% V， 電流I≤2% A
連接示意圖。
電壓信號由同軸電纜1 通過帶分壓器和保護(hù)電路的低通濾波器接到AH的通道1。
電流信號由同軸電纜2 通過電流傳感器與AH的通道2相接。 焊接過程測試與分析軟件AH-XXV-2E
測試參數(shù)：
數(shù)據(jù)采集和焊接過程信號統(tǒng)計(jì)分析程序，可測試以下參數(shù)：
u 焊接電壓值Us(t)
u 焊接電流值is(t)
u 短路時(shí)間T1
u 燃弧時(shí)間T2
u 加權(quán)燃弧時(shí)間T3
u 過渡周期Tc
各個(gè)時(shí)間參數(shù)的意義：
u 在燃弧時(shí)間T2（us(t) > UN）內(nèi)母材和填充材料被熔化
u 在短路時(shí)間T1（Us(t) <>）內(nèi)，熔滴過渡到熔池（T1 > T1MIN）或只是以很短時(shí)間與熔池接觸一下（T1 <>）
u 加權(quán)燃弧時(shí)間T3 描述的是兩個(gè)較長的短路時(shí)間（T1 > T1MIN）之間的區(qū)域，瞬間短路的時(shí)間（T1 <>）也計(jì)在加權(quán)燃弧時(shí)間T3 內(nèi)。
u 過渡周期Tc 由T3 和T1 構(gòu)成
以上四個(gè)時(shí)間參數(shù)最多分為1024 個(gè)組。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：
u ? 焊接電壓概率密度分布PDD n(u)
u ? 焊接電流概率密度分布n(i)
u ? 短路時(shí)間頻數(shù)分布CFD N(T1)
u ? 燃弧時(shí)間頻數(shù)分布N(T2)
u ? 加權(quán)燃弧時(shí)間頻數(shù)分布N(T3)
u ? 過渡周期頻數(shù)分布N(Tc)
信號評估的原理圖
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值
u ? 平均值m
u ? 標(biāo)準(zhǔn)偏差s
u ? 變異系數(shù)s / m
u ? 概率密度
u ? 概率的組
u ? 測試參數(shù)的、最小值
在統(tǒng)計(jì)分析中，圖表可隨意放大縮小，可只顯示用戶感興趣的部分，亦可生成附加信息文擋。
弧焊熔滴過渡的統(tǒng)計(jì)分析：
一個(gè)短路熔滴過渡的焊接過程可以分為三個(gè)不同的物理階段：
- 電弧燃燒時(shí)間與電極和基體材料的熔點(diǎn)，
- 短路時(shí)間和熔滴過渡，
- 短路后重新燃弧的時(shí)間。
這些值是隨機(jī)變量，可以歸類統(tǒng)計(jì)。 從 類頻率分布（CFDs）的均值和其他統(tǒng)計(jì)參數(shù)，例如標(biāo)準(zhǔn)差，變異系數(shù)等是能計(jì)算的。
弧焊過程信號振幅值與相應(yīng)的短路熔滴過渡可以分為三個(gè)范圍：
- 燃弧電壓/電流，
- 短路電壓/電流，
- 重新燃弧電壓/電流，
也是用瞬時(shí)振幅值的概率密度分布（PDDS）統(tǒng)計(jì)學(xué)評估的。
統(tǒng)計(jì)分析也能驗(yàn)證電弧焊接工藝是熔滴自由過渡或是噴射過渡或脈沖過渡。 這些過渡中，短路過渡是一個(gè)過程中的擾動(dòng)，它產(chǎn)生飛濺等。
所有的焊接工藝質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)，可從統(tǒng)計(jì)電壓，電流和時(shí)間中確定。
數(shù)據(jù)輸出方式：
u 存儲測試數(shù)據(jù)
u 在打印機(jī)或磁盤上輸出部分或全部的參數(shù)、圖表
u 以ASCII 文件輸出測試結(jié)果，以便用其它程序進(jìn)行處理
用戶通過菜單選擇和對話框輸入來操作程序。
通過一系列的選擇便可輸入數(shù)據(jù)，在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，程序拒絕接受容許范圍外的值，從而避免了無效的數(shù)據(jù)輸入。用硬盤來存儲測試數(shù)據(jù)，特別是輸出的ASCII 文件。帶有Zip或CD-ROM寫入器，用于備份數(shù)據(jù)。
漢諾威焊接質(zhì)量分析儀-測試分析結(jié)果實(shí)例：
實(shí)例一：氣體保護(hù)焊
計(jì)算機(jī)控制的氣體保護(hù)焊裝置（BOP）在水平位置已進(jìn)行了晶體管逆變電源（E1）的優(yōu)化參數(shù)設(shè)置的綜采。 采用焊絲（DIN 8559 SG3，直徑為1mm）和薄板材（碳鋼：St12.03 /厚度：2mm）。 保護(hù)氣體是氬混合物（Ar：82％/ CO2：18％/DIN EN 439 MIN21/氣流量：10l/min）。
每個(gè)焊接試驗(yàn)測量時(shí)間設(shè)置為5秒。 在這段時(shí)間500.000樣品的瞬時(shí)電壓和電流值同時(shí)記錄和在線評估。
圖 5-1所示int001測試焊接電壓U（t）和焊接電流I（t）的波形圖（優(yōu)化前）和 圖 5-2所示int003測試的GMAW短路過程波形圖（優(yōu)化后）。 尤其是不同的短路階段和弧燃燒階段選擇的焊接條件非常顯著。
短路的數(shù)目增加從N1= 37.0 [1 / S]到優(yōu)化后（int003）N1 = 81.2[1 / S] 。短路時(shí)間的平均值下降從T1=3.5ms到T1= 2.5ms。焊接電流S1的標(biāo)準(zhǔn)偏差從37.12A降低到23.13A，見表1：
圖 5-3至圖 5-5顯示出相應(yīng)的焊接測試的概率密度分布PDDs和類頻率分布CFDs。
接電壓u（t）的PDDs明顯分為三個(gè)范圍： -短路的電?。s2V - 12V）
-電弧燃燒（約16V - 30V）
-短路后重新燃?。s32V - 100V）。
int003的電弧電壓U* [15V <><>測試的 標(biāo)準(zhǔn)偏差S *U= 1,19V小于 int001的測試，表1。
不同的短路電流峰值， 圖 5-1記錄了在PDDs180A到280A的范圍， 如圖5-3。
int001和int003 不同的焊接行為測試也清楚地顯示在短路時(shí)間T1的CFDs[類寬度：ΔT1= 0.2ms]， 圖 5-4，燃弧時(shí)間的類頻率分布CFDsT2[類寬度：ΔT2= 2ms]， 圖 5-5。 int001文件測試的不同的物理現(xiàn)象影響（如熔池振蕩）與多模態(tài)N（T2）-CFD. int003測試的相對短路時(shí)間K * = 20.31 [％] 是明顯高于int001 測試的 對應(yīng)值， 表1和圖 5-4。
u（t）和i（t）的波形圖統(tǒng)計(jì)分析和評價(jià)以及過程圖u（i）， 圖 5-7和圖 5-8，證明過程中的質(zhì)量的int001測試比 int003測試低。 經(jīng)過優(yōu)化的焊接參數(shù)和電源設(shè)置，GMAW工藝（int003）產(chǎn)生飛濺少。
分離開的電弧燃燒和短路階段的概率密度如圖 5-9和圖 5-10所示。
實(shí)例二：焊條電弧焊
隨著計(jì)算機(jī)控制的手工電弧焊裝置（BOP）在水平位置已用直流焊接電源優(yōu)化焊條。 高合金焊條（金紅石基本混合型 LP1和基本的混合型LP 3，直徑2.5mm）和板（碳鋼：St 37.3 /厚度：4.5mm）。
每批四個(gè)焊條在相同的焊接條件下焊接，對于統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性較高。
每個(gè)焊接試驗(yàn)，測量時(shí)間設(shè)置為10秒 。 在這個(gè)時(shí)間1.000.000
樣品的瞬時(shí)電壓值和電流值已同時(shí)登記和在線評估。
圖 5-11所示全手工電弧焊工藝LP1-003（上）和LP3-003（下）測試的焊接電壓U（t）和 焊接電流I（t）的波形圖。
特別是在不同的短路階段和電弧燃燒階段選用焊接條件顯著。
圖 5-12和圖 5-13是比較這些調(diào)查中焊條瞬時(shí)電壓值的概率密度（類寬度：ΔU= 0.5V）。 兩測試LP1-003和LP3-003 之間的顯著差異專門顯示在概率密度分布的線性圖 5-13中。在范圍n> 1 [％] ，不同類頻率可以清楚地看到。
兩測試 LP1-003和LP 3-003 不同的焊接行為也清楚地在短路時(shí)間T1[類寬度：ΔT1= 1ms]的類頻率分布中表明， 圖 5-14，在燃燒時(shí)間T2[類寬度：ΔT2= 5ms]的類頻率分布中表明， 圖 5-15。
測試 LP3-003的相對短路時(shí)間K * = 1.26 [％]是明顯比相應(yīng)的測試值 LP1-003，表2和圖。 5-13中的高。
電弧燃燒階段的隨機(jī)類頻率是由熔滴過渡的隨機(jī)行為引起的， 圖 5-15。
這些焊條焊接電流的瞬時(shí)值的概率密度分布的調(diào)查在圖 5-16和圖 5-17（類寬度：ΔI= 1.953A）中比較。LP1和LP3測試之間也有存在顯著差異，尤其是在IW<40>（最小電弧電流）和IW> 90A（短路峰值電流）范圍內(nèi)。 這再次證明不同的熔滴過渡的特點(diǎn)和焊條不同的燃弧行為：短路和重新燃弧。
LP1-003和LP 3-003 兩次測試之間的差異顯著 ，特別是圖 5-17所示的概率密度分布的分布 。在> 1 [％]范圍內(nèi)，可以清楚地看到不同的類頻率。
四個(gè)焊條每次充電的統(tǒng)計(jì)分析和U（t）和I（t）的波形評估圖以及U（t）的流程圖證明LP3-比LP1測試過程質(zhì)量低。
LP3測試表明，基本混合型焊條中典型的中型至大型熔滴過渡，主要是在短路電弧距下。 焊條LP1是基體為金紅石混合型主要是小型到中型熔滴。
