分析MIG焊焊接烟尘光电信息的采集

焊接生产过程中会因为母材、焊接材料以及焊接冶金反应生成一系列以气体和气溶胶态形式存在的烟尘物质，这些烟尘物质散布于空气中，很容易被人体吸收，因而当烟尘浓度过一定标准后，会严危害环境和人体健康[1]。本文通过建立MIG焊焊接烟尘光电检测系统，以光学理论为基础原理，对焊接烟尘进行实时光电检测，以达到对不同焊接工艺的焊接烟尘进行分析总结的目的，进而有效控制对人体危害较大的焊接工艺的应用，大限度地保护焊接环境和操作员的安全。 
　　1 MIG焊焊接烟尘光电检测系统 
　　MIG焊焊接烟尘光电检测系统是以光学理论为基础原理，通过检测MIG焊不同焊接参数下激光在烟尘区的信息变化，实现对烟尘变化的实时检测，进而得出不同焊接方法和工艺产生的烟尘的性质和特点，总结出焊接工艺参数对MIG焊接烟尘浓度及生成量的影响规律。该系统主要由MIG焊接系统和光学系统两大部分组成： 
　　（一）MIG焊接系统 
　　MIG焊是一种以氩气或富氩气为保护介质、以可熔化的焊丝及燃烧于工件间的电弧为热源的电弧焊，具有焊接质量高、载流能力大的特点。MIG焊接系统主要包括基本焊接设备、直流电焊机脉冲控制器、焊接辅助设备等三个组成部分[2]。 
　　基本焊接设备的具体应用设备及要求为：①逆变式V-300型林肯电焊机，焊接性能好，满足实验的工艺要求，电流输出范围：50A-300A；电压输出：13V-42V； 
　　②S-86A型半自动送丝机，惯性小，动态品质高，送丝均匀平稳，读数方便，送丝速度：1.7-21m/min，焊丝直径：实芯0.8-2mm，药芯3.2mm；③SWHT-1A-2C直线焊接工作台采用单轴数控装置，传动部分采用步进电机驱动，运行平稳，易安装可拆卸。直流电焊机脉冲控制器采用单片机核心的数字化结构，快捷简便，实用性强，焊接辅助设备主要包括氩气瓶、气流计、电压表、分流器等。 
　　（二）光学系统 
　　光学系统主要由激光器、光纤、光谱仪三部分组成，通过激光的产生、传递和接收组成光电检测光路。本实验选用单色、稳定性好的氦氖激光器，发散角小、光能集中，并根据激光器配置了合适的石英光纤，光谱仪则采用了AvaSpec-2048型，具有高灵敏度和高分辨率优势，传输速度快，可实现远距离操纵。 
　　2 焊接烟尘光电采集实验 
　　（一）实验总体设计 
　　焊接烟尘光电采集实验的总体实验方案流程为：实验准备→实验参数确定→实验系统设计→MIG焊接系统、光电检测系统→焊接实验→数据采集分析→实验结论。 
　　（二）MIG焊焊接工艺试验 
　　MIG焊是工业应用中较为广泛的一种焊接工艺，具有焊接质量高、载流能力大、生产率高等特点，因而本次实验选用这种焊接工艺进行试验，分析MIG焊各工艺参数对焊接烟尘的浓度及生成量的影响规律，进而得出危害较大的焊接参数并对其进行有效控制，促进焊接环境的改善和焊接质量的提高。 
　　（三）焊接光电检测实验 
　　（1）实验准备。实验准备主要从四个方面进行：①准备厚度为8mm的光滑焊接钢板，去除表面锈迹；②间焊枪固定在板材边缘，板材下边安装姬光接收光纤头，钢板固定在行走小车上并置于光纤头上方；③焊速调整为5mm，干伸长为15mm，光纤头以保护套保护，固定在靠近焊枪的位置；④安装数据采集软件并设置相应的参数。 
　　（2）实验过程 
　　焊接烟尘光电采集实验是本研究的核心课题，具体的实验步骤为实验准备→焊接系统的调试、光电采集系统调试→无焊接光电信息采集→焊接过程的光电采集→进行下一组实验。 
　　（3）实验注意事项。①激光器如果连续长时间运行会升温，导致工作状态偏离并损坏[3]，因此应该在使用一段时间后关闭激光器，待其冷却后继续实验；②信息采集过程要确保环境的稳定性，避免出现任何外界干扰；③充分焊接前后发射与接收的是同一束激光，即激光的发射与接收同方向。 
　　4 结语 
　　MIG焊是工业应用中较为广泛的一种焊接工艺，具有焊接质量高、载流能力大、生产率高等优点，本文选用这种焊接工艺进行焊接烟尘光电采集实验，实现对焊接烟尘的实时光电检测，在此基础上可以进一步分析MIG焊各工艺参数对焊接烟尘的浓度及生成量的影响规律，进而得出危害较大的焊接参数并对其进行有效控制，促进焊接环境的改善和焊接质量的提高。