高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统，其包括：高压焊接实验舱、焊接实验平台、驻极体传声器、前置放大器、信号分析仪、抗混叠滤波模块、数据采集卡与工控机；其中：焊接实验平台、驻极体传声器、前置放大器设置在高压焊接实验舱中，驻极体传声器指向焊接实验平台上的焊接电弧，并保持距离不变，该驻极体传声器的输出端与前置放大器相连；该前置放大器、信号分析仪、抗混叠滤波模块、数据采集卡与工控机依次连接。该系统，具有可靠、耐用、操作简便、应用性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及弧焊过程监控与焊接质量评定
，尤其涉及一种高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统。
技术介绍
高压干法水下GMAW(熔化极气体保护焊)焊接由于其高效、低廉和广泛的适应性，是海洋结构物、核电堆内构件等水下环境焊接作业的主要发展方向。目前用于水下GMAW焊接过程监控的信号主要为焊接电流、电弧电压等信号。焊接电弧声是焊接过程中产生的一种非平稳随机信号，其蕴含丰富的电弧信息，与熔滴过渡方式、电弧稳定性以及焊接质量都有着密切的联系，并且电弧声采集设备简单、受水下环境压力等恶劣环境的影响较小，完全可以作为高压干法水下GMAW焊接过程监控的一种新方法。国内对于电弧声技术的研宄目前相对较少，主要的包括:1)兰州理工大学樊丁教授研宄团队对电弧声的产生机理、电弧声与飞溅、电信号以及与熔滴过渡之间的相关性进行了研宄，主要针对CO2焊接、脉冲MIG铝合金焊接等焊接过程的电弧声进行了采集和分析，并将小波分析技术、神经网络技术等应用于电弧声与焊接质量的预测，为电弧声测试技术的应用奠定了基础。2)哈尔滨理工大学刘立君教授科研团队在进行管道焊接工艺研宄的过程中对管道MIG焊接电弧声信号进行了采集并对其特征和声道形成机理进行了深入研宄。研宄了电弧声与焊接熔透性对应关系，得出利用焊接电弧声可以对管道焊接进行在线监测具有可行性。从上述焊接过程电弧声的研宄来看，关于焊接过程电弧声的测试与分析技术主要集中在常压环境下的弧焊过程中。对于高气压环境下的电弧声测试与分析技术尚处空白阶段。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统，具有可靠、耐用、操作简便、应用性强的优点。本技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统，包括:高压焊接实验舱、焊接实验平台、驻极体传声器、前置放大器、信号分析仪、抗混叠滤波模块、数据采集卡与工控机；其中:焊接实验平台、驻极体传声器、前置放大器设置在高压焊接实验舱中，驻极体传声器指向焊接实验平台上的焊接电弧，并保持距离不变，该驻极体传声器的输出端与前置放大器相连；该前置放大器、信号分析仪、抗混叠滤波模块、数据采集卡与工控机依次连接。进一步的，所述前置放大器与信号分析仪之间通过BNC线缆相连。进一步的，该系统还包括:采用采用金属网状结构的传声器保护装置，其设置于焊接实验平台与驻极体传声器之间。进一步的，该系统还包括:与焊接实验平台相连的焊接电源。进一步的，该系统还包括:设置于高压焊接实验舱中的传声器校准系统，对驻极体传声器进行校准时，将驻极体传声器前端咪头置于传声器校准系统的耦合腔内。由上述本技术提供的技术方案可以看出，高压焊接实验舱内设有高压干法水下焊接装置、传声器保护装置、驻极体传声器、传声器校准系统，高压焊接实验舱外设有焊接电源、信号分析仪、抗混叠滤波器、数据采集卡、工控机，其性能可靠、操作安全方便、应用性强，为高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析提供了一个良好的采集与分析平台，进而为实现焊接过程监控与质量评定提供了一种新方法。【附图说明】为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本技术实施例提供的高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统的结构不意图；图2为本技术提供的电弧声原始时域波形图；图3为本技术提供的小波降噪后的电弧声时域波形图；图4为本技术提供的快速傅立叶变换获得的电弧声频域波形图。【具体实施方式】下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。实施例图1为本技术实施例提供的高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统的结构示意图。如图1所示，其主要包括:高压焊接实验舱1、焊接实验平台2、驻极体传声器4、前置放大器5、信号分析仪7、抗混叠滤波模块8、数据采集卡9与工控机10 ;其中:焊接实验平台2、驻极体传声器4、前置放大器5设置在高压焊接实验舱中，驻极体传声器4指向焊接实验平台2上的焊接电弧，并保持距离不变，该驻极体传声器4的输出端与前置放大器5相连；该前置放大器5、信号分析仪7、抗混叠滤波模块8、数据采集卡9与工控机10依次连接。进一步的，所述前置放大器5与信号分析仪7之间通过BNC线缆6相连。进一步的，该系统还包括:采用采用金属网状结构的传声器保护装置3，其设置于焊接实验平台2与驻极体传声器4之间。进一步的，该系统还包括:与焊接实验平台2相连的焊接电源12。进一步的，该系统还包括:设置于高压焊接实验舱I中的传声器校准系统11，对驻极体传声器4进行校准时，将驻极体传声器4前端咪头置于传声器校准系统11的耦合腔内。以上为本实施例提供的高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统主要组成结构，下面针对各个部件的功能、工作过程及相关参数进行介绍。本实施例提供的高压干法水下GMAW焊接电弧声采集与分析系统，用于高气压环境下GMAW焊接过程电弧声信号的采集与分析，高压焊接实验舱提供模拟不同焊接水深所对应的环境压力；传声器保护装置保护驻极体传声器不会受到焊接飞溅的破坏；传声器校准系统对不同环境压力下的传声器灵敏度进行校准，保证采集信号的准确性；前置放大器将传声器输出电信号进行放大处理；信号分析仪为传声器和前置放大器供电，接收前置放大器的输出信号并输出；抗混叠滤波器对电弧声信号进行抗混叠滤波处理后输出；数据采集卡将电弧声信号进行A/D转换后输入工控机；工控机通过软件编程实现电弧声信号的时域显示和频域分析。保证了高压干法水下GMAW焊接电弧声信号的测试与分析的准确性，为高压干法水下GMAW焊接过程监控和质量评定提供了一种新方法。在进行工作之间，可以先进行传声器校准，将驻极体传声器4前端咪头置于传声器校准系统11的耦合腔内开启校准器电源，校准器产生一个固定声压与频率的声音信号，关闭高压焊接实验舱1，密封完成后开启空气进气阀，通过注入气体达到焊接实验环境压力，测试驻极体传声器4灵敏度的变化并记录，通过修改工控机10内的软件参数，调整传声器灵敏度，使其达到正常值。开启高压焊接实验舱1，将驻极体传声器4从耦合腔中取出，再次关闭高压焊接实验舱1，通过加气达到焊接实验环境压力。校准完毕后，调整驻极体传声器4的位置，使得驻极体传声器4指向焊接实验平台2上的焊接电弧，并保持距离不变。将传声器保护装置3固定在传声器4与焊接实验平台2之间。将驻极体传声器4与前置放大器5连接，通过BNC线缆6穿舱后与信号分析仪7输入接口连接，信号分析仪7输出接口与抗混叠滤波器8输入接口连接，抗混叠滤波器8输出接口与数据采集卡9输入接口连接，数据采集卡9输出接口与工控机10输入接口连接，启动工控机10上的开始按钮，开始采集信号。本实施例中，采用下述样本的焊接参数:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压干法水下GMAW焊接电弧声测试与分析系统，其特征在于，包括：高压焊接实验舱、焊接实验平台、驻极体传声器、前置放大器、信号分析仪、抗混叠滤波模块、数据采集卡与工控机；其中：焊接实验平台、驻极体传声器、前置放大器设置在高压焊接实验舱中，驻极体传声器指向焊接实验平台上的焊接电弧，并保持距离不变，该驻极体传声器的输出端与前置放大器相连；该前置放大器、信号分析仪、抗混叠滤波模块、数据采集卡与工控机依次连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱加雷，李卫强，焦向东，马正住，贾存锋，石庭深，冯艳鹏，王纪兵，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：新型
国别省市：北京;11