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富氩气体保护焊在压力容器设备上的应用研究 硕士学位论文富氩气体保护焊在压力容器设备上的应用研究作 者: 蒋俊指导教师: 徐越兰教授南京理工大学年月。. ,声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名:扣年;月参日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。研究生签名: 年了月日硕:论文 富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究摘 要本文对富氩气体保护焊焊接,和展开了全面和系统的研究,研究的是压力容器常用材料、和的电弧形态、焊接工艺、机械性能以及宏微观组织分析。%心的电弧面积为纯的%,研究结果表明:焊接时,%的电弧面积为%的%。%的电弧是比%和%的稳定;的电弧比的稳定。保护气为%时,飞溅较大,焊缝不均匀,表面有氧化皮;保护气为%时,焊缝成形不均匀,焊缝高而窄;保护气为%时,焊缝均匀,鱼鳞纹平滑。焊缝的冲击值与焊缝中的氧含量是呈负相关;富氩气体保护焊金属夹杂物评定在.级;保护气对焊缝的晶粒影响不明显。富氩气体焊接的试板达到了/.的射线检测的二级标准,机械性能符合钢制压力容器焊接试板的力学性能检验标准。焊接时,保护气体中加入%后,电弧会收缩%;坡口角度和焊接电流对电弧的影响不明显。保护气中加入后,电弧比纯心的稳定;的电弧比稳定。保护气体为%的焊缝成形比纯的好。两种保护气体下的焊接和热影响区组织都为珠光体铁素体,没有出现淬硬组织。机械性能方面,纯焊接的试板背弯出现了裂纹,%焊接的试板符合钢制压力容器焊接试板的力学性能检验标准。焊接奥氏体不锈钢时,当焊接电流为时,保护气中的比例从%到%到%,电弧分别收缩了%和.%;当电流为时,电弧收缩了%和%。电弧稳定性:%,%;的电弧比的稳定。保护气和电流对焊缝中和的影响不明显。保护气为%焊缝的面弯和背弯都出现了裂纹。保护气为%焊缝的晶间腐蚀和力学性能都符合钢制压力容器焊接试板的力学性能检验标准。关键词:电弧形态,富氩气体保护焊,焊接工艺,氧含量,压力容器硕士论文凡 , , , , . : , ?. %,; % ; %. % .;?.;? ./?, .%, , %;.% .,. ,.%, % % %, .%;% %.%.%.:, , ,硕士论文 富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究目录摘 要。?.。.。.。.。.。.。?.。.。?.?.。?.。.。.?。.。.?.?.?.?.?.?绪论。.。.。.。?.。.。.。.。.。.。.。.。.。.?.?。.。.。.。.课题背景?.国内外发展现状.课题的意义?.课题研究的主要内容。.富氩气体保护焊的试验设计。.富氩气体保护焊的试验方法.富氩气体保护焊的试验材料?.富氩气体保护焊的设备.试验工艺的设备.电弧采集的设备.试验内容.电弧的采集?.工艺参数的调试?.机械性能.宏微观组织分析.本章小结.的富氩气体保护焊研究?.的电弧形态.的不同保护气体的电弧形态研究.的不同工艺参数的电弧形态的研究?.的电弧稳定性讨论?.的焊接工艺。的机械性能?.。试验过程.焊接试验性能检测.焊缝金属氧含量研究目录硕士论文.焊缝的宏观分析?.光学显微镜观察焊缝金属的氧化物夹杂?.本章小结.的富氩气体保护焊研究?.的电弧形态.的不同保护气体的电弧形态研究. 的不同坡口的电弧形态的研究.的不同工艺参数的电弧形态的研究?。.的电弧稳定性讨论。.的焊接工艺. 的机械性能?.试验过程?.焊接试验性能检测?. 的宏微观组织分析。.焊接接头横断面几何参数的提取?.微观组织?.?.本章小结.奥氏体不锈钢的富氩气体保护焊研究?.奥氏体不锈钢的电弧形态?.奥氏体不锈钢的不同保护气体的电弧形态研究?.奥氏体不锈钢在不同工艺参数下的电弧形态研究.奥氏体不锈钢订的电弧稳定性研究?.奥氏体不锈钢 的焊接工艺.奥氏体不锈钢 的机械性能?.试验过程.焊接试验性能检测?.奥氏体不锈钢焊缝的宏观分析?.不同保护气体和不同焊接电流焊缝中合金含量变化分析.本章小结?。结 论.?.。.。.?.。.。.。.。.。.?.?.致 谢?参考文献?.硕士论文 富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究绪论.课题背景焊接是制造修理各种结构和设备的主要方法之一,现代工业生产中不可缺少的一种工艺【卜】。世纪的科学高度发展的今天,焊接技术已经广泛用于各个部如汽车的车身、船舶的船体和甲板、飞机和航天飞船、桥梁的结构、冶金的相关技术、能源的相关方面、电子的微焊接和石油化工的管道焊接,焊接技术的高度反应了一个国家科学技术的先进程度【训。随着“十一五”这几年,中国成为世界的生产制造工厂后,压力容器行业也迅猛发展。气体保护焊以其效率高、提高焊接质量、成本低、减少清渣辅助工时、明弧利于发现问题和调整操作、操作方便等优点,达到了很高的普及程度,成为焊接方法的首选【。气体保护焊的种类很多,所以几乎可以焊接所有的金属材料,因此会取代手工电弧焊的主要焊接方法的地位。气体保护焊取代手工电弧焊可以提高生产效率、降低焊接成本、提高焊接质量、焊接适应性变强、简化操作,是焊接方法的很好的改进,是材料连接方法的首选【。气体保护焊具有生产效率高、焊接成本低、焊接质量好、焊接适应性强、操作简单和易于掌握等优点广泛应用于制造业中,也是我国推广应用的一种主要的焊接方法。但由于焊接设备复杂、焊接飞溅较大及焊缝成形较差、焊接环境要求防风、弧光强烈等缺点,制约了这种焊接工艺的普及和选择【以。如何在保证生产效率高、焊接成本低和焊接适应性强等优点的情况下改变气体保护焊的缺点是工业生产中的要解决的问题。通过研究实验发现:保护气体在焊接过程中起到了至关重要的作用,其成分及配比直接影响到电弧特性,熔池特性、焊接成形及焊缝机械性能等重要参数【】。而氩和二氧化碳混合气体保护焊即焊的出现解决了这一难题,同时大大降低了焊接成本。氩和二氧化碳混合气体保护焊焊优于二氧化碳气体保护焊【孓】。为此,结合工程应用背景选取了,和.不锈钢三种材料,分别用不同的保护气体进行焊接,分析电弧特性,熔池形态,机械性能和焊缝中的氧含量以及合金含量,从而为富氩气体保护焊的应用给出一个全面的系统的理论支持。.国内外发展现状世界现代焊接技术的发展具有生产效率高、节约能源、高质量及其工艺过程数字化的操作、自动化的运营、智能化的控制的特点【舶】。十一五以来,全球制造业的格局绪论 硕士论文发生了改变,中国成为了世界的制造工厂,相应的各国间的竞争也会增加,为了让自己的产品更具竞争力,各公司正思考着高效、低成本和高质量的生产技术。在大多数的压力容器制造企业中,焊接成本占有总的制造成本的很大比例,从而通过选择先进的焊接工艺、高效、低成本的方法,以此来增加本公司产品的竞争【蛇】。在世纪年代,熔化极气体保护焊的研发是开始于寻求铝的焊接方法和其他有色的金属材料的焊接方法。随后,熔化气体保护焊的生产效率比其他的焊接工艺方法高,从而熔化极气体保护焊广泛用于钢材的焊接【。刚开始,惰性气体的来源很少以及提取的成本高限制了熔化极气体保护焊用于钢材的焊接。往后几年,活性气体熔化极气体保护焊的出现,使得熔化极气体保护焊才开始被认可和推广。接着有了年的熔化极气体保护焊的发展,熔化极气体保护焊逐步被用于各种钢的焊接,也因此成为焊接方法中用途比较广的。当今的社会,熔化极气体保护焊因其可以焊接不同的钢材和高效以及低能耗等特点成为压力容器的制造行业中的主要焊接方法。熔化极气体保护焊与手工焊条电弧焊不一样,熔化极气体保护焊是有保护气的,手工电焊条焊接的气体保护是通过焊条中的药皮焊接时产生的气体达到保护的效果的。因此,熔化极气体保护焊焊接时是要。注意防风的【口讲。伴随着生产制造业的蓬勃发展进步,各企业间的竞争也变得越来越恶化,各公司为了让自己的产品有更强的竞争力,就想寻求高效和低成本的焊接方法【。酬。熔化极气体保护焊的研发正是在这种情况下应运而生,可以提高效率、降低能耗、便于操作、有助于达到机械自动化等特点,成为企业生产的首选焊接方法。现在各公司主要用到的熔化极气体保护焊方法是熔化极氩气保护焊和二氧化碳气体保护焊【。引。二氧化碳气体保护焊从被研发出来以后,各国都投入了足够的重视,各行各业的对气体保护焊的研发和发展多投入了很多心血【啦】。在科学技术发展的带动下,生产效率高、低能耗并且数字化、自动化和智能化的裂变类的焊接机器将会代替手工焊条电弧焊机和晶闸管的焊接机器,而且焊接机器的操作简单了,而且会有反馈,从而达到简化操作的目的。汽车的制造、船舶的制造、大型的工程机械设备和飞机航天设备等行业中,适用于各种不同场合的智能化焊接机器人,大幅度提高了焊接质量和生产效率。船舶工业的高效率焊接要达至 以上,二氧化碳焊接应用率也达到%左右,焊接机械化率、自动化率更是达至%。成套、专用焊接设备的应用前景将会越来越广阔】。熔化极气体保护焊采用金属焊丝作为电极熔化极,焊丝以恒定速度送出,在焊丝与母材之间形成电弧发生焊接。为了把焊接区与空气隔离,一般采用氩气、气体或富氩氩气二氧化碳混合气体作为保护气【删。保护气体是氩气时,被称为熔化极氩气保护焊;保护气体是时,称为气体保护焊;当保护气体是富氩混合气体时,称为富氩气体保护焊。气体保护焊是用的平特性的直流作为电源,但焊接铝之类的铝合金的金属时,统一可以把电极作为正极的平特性直流作为电源。但氩气保护的熔化极气体保护焊硕士论文 富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究是可以利用电弧对熔池进行阴极清理,使得铝合金焊接达到很高的质量和高的生产效率。富氩气体保护焊适用在各种强度的钢和合金含量低的钢的焊接,用的焊丝是小直径的,电流比较大,焊速较快的焊接。从而,富氩气体保护焊在桥梁钢构、建筑、汽车、工程机械的焊接中被广泛运用,并且最适合于机器人自动化焊接生产【。珀。富氩气体保护焊的使用情况见表.。从表中可以看出共有八家压力容器厂,大多数是采用手工焊,有少数几家做实验是用的自动焊卜】。存在的问题是由于多数是手工焊,可能存在操作手法和施焊水平问题导致产生气孔的缺陷。也有提出由于是强氧化性气体,所以焊缝中含有较多的非金属夹渣物,较大地降低了焊缝的冲击韧度,不适于焊接具有冲击载荷及重要载荷的构件。富氩气体保护焊消除焊的窄而深的焊缝,减少焊缝的未熔合及裂纹倾向【。表.国内富氖气体保护焊的使用情况绪论 硕士论文有限公司%.%阡 山东临沂工程机 蝴 械有限公司 的僦吨四 眈州 也辽宁省大连机车厂工艺处 僦 吨工程机 合肥万方矿山机 器股份公司, 械制造%卜 血晓吉林水工机械厂 金属结构产品%什 压力容岳阳起重电磁铁器%时铁道部永济电机 电机 磁体 焊接技术厂%什 压力容 制冷机 压力容器 大连三洋制冷有器限公司 %什四川建设机械股 高强钢 起重臂 现代焊接份有限公司 % 石油化工建 兰州石油化工公 薄板 司中油二建 设%,%什 林业机械与大兴安岭林业集 结构钢木工设备团公司森林经营%部林木种子公司叶轮 风机技术沈阳鼓风机厂%、 压力容 化学工程与唐山冀东石油机器 设备械有限责任公司. % 迪什林 东方电气评东方电机股份有 水轮机 论限公司富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究硕士论文金属粉性焊 武汉理工大钻头江汉石油钻头股 “%丝 学学报份有限公司 %.锅炉 南北桥沈阳锅炉制造有 压力容 光管:器 限责任公司 .%,%,焊接学报中铁十三局集团第程有限公 %,%,司%焊接飞溅会大量减少,采用射流过渡形态时会几乎无飞溅,提高焊材利用率,减少飞溅的清理工作【。焊缝表面光滑,成形美观,焊渣在焊缝表面收缩成扁豆状易清除,减少大量焊缝打磨工作量。熔覆金属中,含量比焊高,杂质元素基本相似,含量有所降低,即,元素的烧损相对于焊降低了。熔覆金属的屈服和抗拉性能比焊均有降低,而延伸率和冲击功均有较大提高【删。.课题的意义气体保护焊是其中最为主要的焊接工艺方式。气体保护焊生产效率高,焊接成本低,焊接质量好,焊接适应强,操作简单和易于掌握,培养焊工容易。但焊接飞溅较大和焊缝成形差【。这是由纯气体保护焊保护气的氧化性强烈,焊接的冶金反应激烈产生的。为了减少飞溅和改变气体保护焊的成形,可以向保护气中加入惰性气体降低保护气的氧化性。常用的惰性气体有氩和氦【引。国外从年就开始研究氩,氦和二氧化碳作为焊接的混合保护气【引。最近研究了在气体保护焊熔滴过渡形态与薄膜电极和氩与二氧化碳保护气体比例的关系?。在国内压力容器生产行业中,富氩气体保护焊用于焊接产品的某些部位【卜。承压类产品的焊接很多都在使用富氩气体保护焊,但到目前为止在压力容器行业未将有相关富氩气体保护焊方法列入压力容器制造应用中【。行业内主要的担心:.氧化性气体对焊缝的影响:.氧化性气体对力学性能的影响;.氧化性气体对焊接电弧的影响。针对上面的担心,以富氩气体保护焊与纯心气体保护焊的试验为比对,主要是两种气体保护焊的电弧形态,焊接接头的底部轮廓角度,接头的微观组织,焊缝的力学性能,焊缝中的氧含量和合金含量进行对比,从而得到不同材料的气体保护焊,纯心气体保护焊和富氩气体保护焊的对比结果【巧。综合实验结果,以判断在实际生产中,采用混合气体的焊将会更加有利于产品的品质保证会较气体保护焊更有优势,从而证。弱。明在承压设备制造业中,焊工艺以其优良的特征具有更广泛的应用前景【绪论 硕士论文.课题研究的主要内容本课题采用富氩气体保护焊,焊接材料为、和.不锈钢。研究的主要内容分以下几方面:.富氩气体保护焊常用气体比例的电弧和熔池形态研究通过提取焊接时的电弧形态,从电弧形状和电弧形状的稳定性推断出合适的焊接工艺;然后在合适的焊接工艺下,改变气体比例,从电弧形状以及其稳定性推断出合适的气体比例。同时可以得到不同气体比例和不同工艺下电弧形态的变化情况。研究常用气体比例下焊缝的熔池形态,可以得出富氩气体中含量的变化对熔池的宽深比以及对熔池底部的斜率的影响。.富氩气体保护焊焊接工艺与焊接接头力学性能分析研究研究富氩气体保护焊工艺气体比例、电流、电压、干伸长、焊速和坡口角度对焊接接头的强度和冷弯曲的影响,确定各个参数对焊接接头影响的程度。.富氩气体保护焊焊接接头韧性机理分析研究富氩气体保护焊中氧化性气体对焊缝、焊接接头韧性的影响,确定氧化性气体对焊缝接头韧性的影响程度。接,电人堆焊试验的板材为成分见表.和奥氏体不锈钢成分见表.;焊丝为成分见表.,成分见表.和。表.母材钢的化学成分叭%表. 化学成分表. 焊丝化学成分质量分数,%表.焊丝的化学成分叭%.富氩气体保护焊的设备.试验工艺的设备富氩气体保护焊焊接系统如图.。硕士论文富氩气体保护焊的试验设计图.富氩气体保护焊焊接糸统本实验系统由四部分构成,如上图.所示:焊接电源、送丝机构、保护气体,焊枪行走机构,焊枪的手动开关做了改进,将开关接出,方便了实验的操作,焊接平台是一块铁皮,基本上能够保证与焊枪垂直。小车在导轨上行走,保证了焊枪与工件的垂直和焊道的平直。.图.为焊机,图为奥太逆变电源,图为唐山松下。唐山松下奥太逆变电源图.焊机.送丝机构:山大奥太型号.焊丝直径.送丝速度./松 下型号焊丝盘直径 焊丝盘宽度.焊枪行走机构:由于没有专门的焊接小车,实验用焊枪行走机构由小车式火焰气割机?改装而成,焊枪在环套的紧固作用下保证了焊枪能够与焊件垂直,小车行走速度范围在./。如图.所示:硕士论文 富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究图.焊接小车行走机构.电弧采集的设备本试验采用福尼斯公司型设备,最大焊接电流安培,可实现喷射、细颗粒和短路过渡,采用安川机器人系统进行试验。.焊接机器人型号,自由度,机器人的组成部分焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备。采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势,是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段,是实现自动焊接的必备设备。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展,自动弧焊机器人工作站,从年代开始用于生产以来,其技术己日益成熟,主要有以下优点:稳定和提高焊接质量; 提高劳动生产率; 改善工人劳动强度,可在有害环境下工作; 降低了对工人操作技术的要求; 缩短了产品改型换代的准备周期,减少相应的设备投资。 因此,在各行各业已得到了广泛的应用。焊接机器人的组成焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。机器人由机器人本体,控制柜硬件及软件,焊接电源系统,包括焊接电源、专用焊枪等,焊接传感器及安全保护设施和焊接工装夹具等组成。而焊接装备,以弧焊及点焊为例,则由焊接电源,包括其控制系统、送丝机弧焊、焊枪钳等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统,如激光或摄像传感器及其控制装置等。试验中是用的是一般的焊接机器人 机器人,附图如.,不具有智能的反馈系统。焊接机器人 控制柜图.焊机器人系统.焊机本试验中,对应于气体保护焊用的是型设备,其为奥地利福尼斯公司数字化焊机序列,完全数字化,微电脑控制的逆变电源,最大焊接电流安培,可实富氩气体保护焊的试验设计 硕士论文现喷射、细颗粒和短路过渡。焊机内容控制系统采用的是数字信号处理器,统一控制焊机和调节整个焊接过程。实时监测实际参数值,对任何变化都能即时反馈。由其内设的专家系统, 能根据外设的焊接条件自动设置最佳焊接参数匹配。工作面板奥地利焊机夕观图.奥地利焊机.其他设备气瓶主要是提供%,%, %,%,%,%和%保护气的,所有气瓶中的气都是配比好后装瓶。气瓶如图.所示。送丝机构如图.所示,内有齿轮,保证匀速送丝。焊枪如图.所示,是欧式接口的焊枪。送丝机构 焊枪图保护气图.焊接设备.焊接过程中电弧形态成像系统视觉是人们观察事物最重要的种途径,因为通过视觉人们可以很直观很真实的观察到事物的特征以及它绝大多数的形态。在焊接中,视觉是操作人员获取焊接过程信息的最主要途径,是信息传递的主要途径。当然,对于焊接智能化的系统来说,它具有信息采集,信息处理,信息反馈,及调节处理这些环节,因此可以不需要人的观察。但是,在这样一个系统中,信息采集环节,它依然需依赖于视觉图像,光,空间距离等带有焊接主要信息的量。而其中,视觉技术,随着其近年来的飞速发展,利用视觉传感器从电弧正面直接观察电弧,反映焊接过程电弧动态行为,通过图像处理获取电弧几何参数、富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究硕士论文缺陷特征和质量信息,实现焊接内部质量以及焊缝成形实时智能控制,这就是智能化的发展研究方向。但是,试验课题不并是研究系统的实时控制,而是为了研究对应于不同氧含量保护气时焊接电弧的形态。因此,只需要采集电弧的形态即可。从这一基础来说,是利用视觉成像来获取信息,并研究信息,而不需反馈信息。.视觉成像具体组成光学系统:前置于摄像机前的光学系统主要包括合适焦距镜头、中性减光片和窄带滤光片。因为电弧具有强光,若是不加此光学系统,拍摄出来的照片会失真。加上滤光系统后,电弧区的亮度减小,但是对比度增加,便于接下来熔池的分析。摄像头:成像的主要部件。图像采集卡:获取数字化视频图像信息,并将其存储和播放出来。计算机:显示图像并对图像进行处理。用数码相机拍摄电弧形态是可以的,因为其拍摄方式可灵活选择,记录的信息量大,被记录的信息可以直接在电脑上编辑,且其试验成本较低。试验选择的相机为帧/。频率不高,但是由于并不是像研究熔滴过度一样对时间间隔要求较高,电弧在焊接过程中应具有一个较稳定的燃烧状态,帧/的速度可以满足研究需要。.试验内容.电弧的采集.摄像头的固定摄像头的固定如图.所示,由于拍摄的电弧图像与实际的电弧图像有差别,所以要经行标定。.拍摄图像与实际图像比例标定前面已经提到,为了准确找出实际电弧与拍摄电弧图像之间的比例关系,需要事先对电弧处的空间在图像上反应大小比例的标定。试验前在焊丝的前端放了一把直尺,是竖直放的,然后拍摄这一个直尺的图像,观察对比直尺实际刻度和图像上的刻度值比,来确定事物与图像的大小比例。这样测量的是在电弧长度方向上的比例,为测量电弧宽度方向上的比例,后将直尺横着放,这样在电弧长度和宽度方向上都有换算比例。图.摄像头富氩气体保护焊的试验设计 硕士论文标定过后,在电弧的图像处理方面,能够更贴近客观事实,用电弧图像分析得出的结论更接近实际的电弧。.电弧图像处理技术图像作为人类感知世界的视觉基础,是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。在实际应用中,图像处理技术是针对性很强的技术,应根据不同应用和不同要求采用不同的处理方法,有选择、有针对性地去处理电弧图像。图像处理首要目的是为了改善图像质量,其最终目的是识别平面上焊缝位置、电弧几何形状、焊接缺陷几何尺寸与位置等重要特征,进而调节焊接规范实现焊接过程控制。受到各种干扰因素及图像本身特征的限制,成像系统获取的图像并不能直接用来进行数据测量。在测量前,必须根据图像的具体特征进行针对性地预处理。图像预处理方法不考虑图像降质原因,只将图像中感兴趣的特征有选择地突出。本课题中,采用算法对焊电弧图像进行处理,对原始电弧图像处理流程如图.所示。采用阈值分割后直接轮廓提取来进行图像处理。.图像平滑图像平滑是指用于突出图像的宽大区域、低频成分、主干部分或抑制图像噪声和干扰高频成分,使图像亮度平缓渐变,减小突变梯度,改善图像质量的图像处理方法。图像平滑的方法包括:插值方法,线性平滑方法,卷积法等等。图像平滑理论思想是通过一点和周围几个邻域点的运算来去除突然变化的点,从而滤掉一定的噪声,但图像有一定程度的模糊。图像平滑时,一般针对不同的噪声来选择不同的模板,本实验采用高斯模板进行平滑处理,如图所示图.是未经任何处理的熔池图像,图.是利用高斯模板进行图像平滑后的电弧图像。富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究处理后图.高斯滤波前后的熔池图像.中值滤波在图像处理中,进行边缘检测这样的进一步处理之前,通常需要首先进行一定程度的降噪。中值滤波是一种非线性数字滤波技术,经常用于去除图像或其它信号中的噪声。这个设计思想就是检查输入信号中的采样并判断它是否代表了信号,使用技术采样组成的观察窗实现这项功能。观察窗口中的数值进行排序,位于观察窗中间的中值作为输出。然后,对其最早的值,取得新的采样,重复上面的计算过程。中值滤波是一种典型的低通滤波器,它的目的是保护图像边缘的同时去除噪声。所谓中值滤波,是指把以某点,为中心的小窗口内的所有象素的灰度按从大到小的顺序排列,将中间值作为,处的灰度值若窗中有偶数个像素,则取两个中间值的平均。图.是处理前后的图像对比。处理前 处理后图.中值滤波前后熔池图像对比.阈值变换经图像预处理后的图像包含不同级别的灰度值,阈值分割可以将一幅灰度图像转换为黑白二值图像。具体操作是:设图像为厂工,为图像中某一像素的灰度值,先指定一个阈值,如图像像素灰度值小于该阈值,则将像素的灰度值设置为;反之则将该像素。的灰度值设置为。阈值分割变换的函数表达式如式.所示:.“呈:三:为指定的阂值硕士论文富氩气体保护焊的试验设计在阈值分割中,最重要的是阈值的选取,阈值选取的方法很多,一般可以分为全局阈值法和局部阈值法两类。如果分割过程中对图像上每个像素所使用的阈值相等,则为全局阈值方法;如果每个像素所使用的阈值不同,则为局部阈值方法。对于全局阈值分割,可通过实验法、直方图法、最小误差法确定分割阈值;局部阈值分割法常常用于照度不均或灰度连续变化的图像分割,可以对图像进行分块处理,对每一块分别选定一个阈值进行分割。在实际的处理过程中,应根据实际情况选择适当的方法和阈值。图.是经阈值分割前后的两幅电弧图像。.轮廓提取轮廓提取的目的是获得图像的外部轮廓特征,为电弧几何形状分析做准备。轮廓提富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究别代表三种不同的过渡形态,然后保证其他变量不变的情况下,改变电压、干伸长、焊速中的一个经行焊接,最后通过焊接过程中的电弧稳定性及焊缝的成型情况确定电压、干伸长和焊速。.机械性能.拉伸试验拉伸试验参照/.金属材料室温拉伸试验方法,试验采用一富氩气体保护焊的试验设计 硕士论文是在.摆式冲击试验机上进行,冲击试样是采用标准试样,并在试样上开型坡口。试验示意图如图.所示:图.冲击试验的不葸图.晶间腐蚀晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀是在金属合金表面无任何变化的情况下,使晶粒间失去结合力,金属强度完全丧失,导致设备突发性破坏。本实验采用的是不锈钢%草酸侵蚀试验方法。.宏微观组织分析.焊缝接头底部轮廓角的测定图.焊道断面示意图如图.所示,为熔宽、为熔深、为余高。熔合线形成圆弧形的轮廓,在熔合线轮廓上选取曲率最小处点做该段圆弧的切线,左右两切线相交,定义两切线夹角为熔池底部轮廓角。该角度能够反映焊道熔化截面面积及熔合线所围成的熔池轮廓凹凸性。角度越大,则熔池轮廓面积越大,熔池底部越平,焊接过程中,液态金属在熔池中有很好的流动性,能够熔化更多的母材金属。角度越小,熔池轮廓面积越小,熔池底部越尖。.金相分析在焊缝上选取中间一段焊接过程平稳部分作为试样,并在试样上打上编号,对各条焊缝进行标记,有利于后续的分析鉴定,通过线切割采集样品。样品经过不同晶粒度的砂纸,打磨、抛光和腐蚀腐蚀液为%硝酸酒精溶液,经过处理后的熔池区域可看出焊接接头横断面宏观形态,包括焊缝和热影响区,可进行数据采集和观察。采集显微镜下倍的微观组织经行晶粒度的评定,采集显微镜下倍的图像经行微观组织分析。.色谱法测氧含量及合金含量色谱法简介色谱分析法是利用固定相和流动相之间相互作用的平衡场内物质行为的差异,从多富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究硕士论文组分混合物中使单一组分互相分离,继而进行定性检出、评定、定量测定和记录的分析方法,又称色层分析法、层析分析法、层离分析法。它是一种物理的分离、分析方法。简称是色谱法的一种。色谱法中有两个相,气相色谱法一个相是流动相,另一个相是固定相。如果用液体作流动相,就叫液相色谱,用气体作流动相,就叫气相色谱。气相色谱系统由盛在管柱内的吸附剂或惰性固体上涂着液体的固定相和不断通过管柱的气体的流动相组成。将欲分离、分析的样品从管柱一端加入后,由于固定相对样品中各组分吸附或溶解能力不同,即各组分在固定相和流动相之间的分配系数有差别,当组分在两相中反复多次进行分配并随移动相向前移动时,各组分沿管柱运动的速度就不同,分配系数小的组分被固定相滞留的时间短,能较快地从色谱柱末端流出。以各组分从柱末端流出的浓度对进样后的时间作图,得到的图称为色谱图。氧在焊缝金属中的行为是焊接冶金讨论的重要课题。采用富氩气体进行焊接的过程中,焊接区内的大量保护气体在起到对焊缝金属与外界隔绝的保护作用外,保护气中的活性气体的加入还起到了加速焊丝熔化,提高焊接过程效率的作用。同时,保护气中的活性气体将参与熔化金属的冶金反应,从而影响焊缝金属的成分和性能。目前采用在焊丝中加入、合金,使其参与焊接冶金反应并去除焊缝金属中氧的作用。富氩气体保护焊中, 气体是否会有少量进入焊缝金属中,影响焊缝金属的性能,使焊缝金属的韧性指标发生不稳定的波动。这个关键问题的解决将会大大有利于富氩二氧化碳气体保护焊在压力容器行业的推广应用。对焊缝金属中含氧量的研究主要两个途径:采用气相色谱法测定焊缝金属的氧含量;金相观察并评定焊缝金属氧化物夹杂状态;试验中所用的仪器为气相色谱仪。载气为氩气。色谱分析仪原理图如图.:图. 色谱分析仪原理图色谱法测氧含量及合金含量将容器中的金属块加热到熔融状态,向其中通入氩气,氩气为惰性气体不与金属蒸汽反应,在氩气流的带动下金属蒸汽也随之进入分析仪,分析仪可以测定金属蒸汽中、硕士论文富氩气体保护焊的试验设计、等元素的含量及合金含量。.本章小结本章主要是大致叙述了一下试验的方法,试验的材料及设备;详细说明了试验的主要内容:电弧的采集、工艺参数的调试、机械性能和宏微观组织分析。硕士论文富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究.的富氩气体保护焊研究钢属系列钢种,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧性、冷冲压性及切削性都好,可以制造大型船舶,铁路车辆,桥梁、管道等承受负荷的焊接结构,这就要求其不仅有好的力学性能,还要有好的焊接性能。本章就钢的焊接电弧形态、焊接工艺、焊缝的机械性能和焊缝的宏微观组织经行分析,得至的焊接性【。.的电弧形态本文中的电弧形态是指电弧的弧宽和电弧面积,电弧的弧宽是指电弧的最大宽度。下面主要讨论的是保护气体、坡口和工艺参数对电弧形态的影响。.的不同保护气体的电弧形态研究坡口角度为,电流为%的电弧弧宽特性如图.所示,%的电弧弧宽特性如图.所示,%的电弧弧宽特性如图.所示:图. %的电弧弧宽的特性图 图.%的电弧弧宽特性图当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的。由此说明,随着混合气体中的增加,电弧弧宽是变小的。可以推断随着混合气体中的增加,电弧在宽度方向是收缩的。谴睇.。素甭瓦函匹?一?一?受系列 ?一?二?一?。一?. . . . . .图. 图.%的电弧弧宽的特性图%的电弧面积的特性图硕士论文的富氩气体保护焊研究%的电弧面积特性如图.所示,%的电弧面积特性如图.所示,%的电弧面积特性如图.所示:伽毳毒告专、二确. . . . .图.图. %的电弧面积的特性图 %的电弧面积的特性图当保护气是%时,电弧面积的数值是是低于;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的。由此说明,随着混合气体中的增加,电弧面积是变小的。保护气体中含量从到%到%,电弧是收缩了%和%。坡口角度为,电流为%的电弧弧宽特性如图.所示,%的电弧弧宽特性如图.所示,%的电弧弧宽特性如图.所示:图.图. %的电弧弧宽的特性图%的电弧弧宽的特性图当保护气是%时,电弧弧宽的数值是是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的。由此说明,随着混合气体中的增加,电弧弧宽是变小的。随着混合气体中的增加,电弧在宽度方向上是收缩的。%的电弧面积特性如图.所示,%的电弧面积特性如图.所示,%的电弧面积特性如图.所示:当保护气是%时,电弧面积的数值是是介于到之间;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间的。由此说明,随着混合气体中的增加,电弧面积是变小的。保护气体中含量从到%到%,电弧是收缩了%应用研究性如图图. %的电弧弧宽的特性图 图.%的电弧面积的特性图图. %的电弧面积的特性图 图. %的电弧面积的特性图傈轰刀毋阴嘲嘲酾献篙矿?系列,. . . .图. %的电弧弧宽的特性图 图. %的电弧弧宽的特性图当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的。可以分析出,随着混合气体中的增加,电弧弧宽变化是先增加后减少。图. %的电弧面积的特性图当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间,但数据更集中;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间的,但数据更分散。可以分析出,随着混合气中的增加,电弧面积变化不大。坡口角度为,电流为%的电弧弧宽特性如图.所示,%的电弧弧宽特性如图图. 图. %的电弧弧宽的特性图%电弧弧宽的特性图当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间,但数据更集中;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的,但数据更分散。随着富氩气体中的增加,弧宽是先增加后减少。富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究图.%电弧弧宽的特性图当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间,但数据更集中;当保护气是%时,电弧弧宽的数值是介于到之间的,但数据更分散。随着富氩气体中的增加,弧宽是先增加后减少。%的电弧面积特性如图.所示,%的电弧面积特性如图.所示,%的电弧面积特性如图.所示:厂?厂?一馋鹚.釉要融知一列. . . . . . . . . . .图. 图.%的电弧面积的特性图 %的电弧面积的特性图当保护气是%时,电弧面积的数值是主要在左右;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间;当保护气是%时,电弧面积的数值是介于到之间的,但数据更分散。随着的含量增加,电弧几乎不变。.的不同工艺参数的电弧形态的研究坡口角度为,保护气体为%当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间。随着焊接电流的增加,电弧的弧宽是增加的。当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间。随着焊接电流的增加,电弧的弧宽是增加的。坡口角度为,保护气体为%当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间。随着焊接电流的增加,电弧的弧宽是增加的。硕士论文的富氩气体保护焊研究当电流为时,电弧面积的数值是介于到之间;当电流为时,电弧面积的数值是介于到之间。随着焊接电流的增加,电弧的面积是增加的。坡口角度为,保护气体为%当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间;当电流为时,电弧弧宽的数值是介于到之间。随着焊接电流的增加,电弧的弧宽是增加的。当电流为时,电弧面积的数值是介于到之间;当电流为时,电弧面积的数值是介于到之间。随着焊接电流的增加,电弧的面积是增加的。坡口角度为。时,富氩保护气体中含量的增加,电弧是收缩的。坡角度为时,坡口角度为。时,保护气体对电弧的影响不明显。随着电流的增加,电弧是增加的。.的电弧稳定性讨论标准偏差是一种量度数据分布的分散程度的标准,用以衡量数据值与算术平均值的偏离程度。标准偏差越小,这些值偏离平均值就越少;标准偏差越大,这些值偏离平均值就越少。标准偏差的大小可通过标准偏差与平均值的倍率关系来衡量。标准偏差公式如下:.屏式中,为样本数据,为全部样本数据的平均值,为样本数目。用上述公式计算图.中电弧弧宽和电弧面积的标准偏差,数据见表.:表.不同保护气体电弧的标准偏差硕士论文 富氩气体保护焊在压力容器上的应用研究.% . .%. .%. .。 %. .%电弧弧宽的标准偏差反映的是电弧弧宽与电弧弧宽平均值的偏离程度,标准偏差越小,说明数据越集中;电弧面积的标准偏差反映的是电弧面积与电弧面积平均值的偏离程度,标准偏差越小,说明数据越集中,电弧就越稳定。电流分别为和时,电弧弧宽和电弧面积的标准偏差:%。保护气体分别为%、%和%时,的电弧比的稳定。从上述比较可以看出,%心的电弧是比%和%的稳定;的电弧比的稳定。.的焊接工艺本文所讨论的焊接工艺是包括:电流、电压、保护气体及流量、焊速和干伸长,试验的工艺记录见表.:表.不同保护气体保护下的焊接试验工艺记录焊缝 电流 电压 考多显实际显示 保护气体 工艺特征不表面光滑、平整,鱼鳞纹均匀,收弧时,飞溅较大,整体飞溅一 . .%较少,电弧较小,过程稳定,焊缝成型好,无明显缺陷电弧不稳定,飞溅大,焊缝表面平滑,鱼鳞 . .%纹较均匀,熔渣多,焊缝较窄电弧极不稳定,噪声大,飞溅大,颗粒中? . . %等,弧柱大,焊缝成型不平整弧光闪烁明显,有烟, . .% 较稳定,有飞溅小,热输入较大,外表有 硕士论文的富氩气体保护焊研究锈,表面好,平滑,熔渣少,熔敷量大飞溅较大,飞溅颗粒很大,电弧较大,较. . . 圆,电弧很不稳定,%焊缝成形不太好,表面熔渣多电弧极