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)進行實時在線監(jiān)測及數(shù)字化記錄，并由分析軟件對數(shù)據(jù)進行實時統(tǒng)計分析，是目前對焊接工藝過程進行計算機輔助監(jiān)控和質(zhì)量分析廣泛應(yīng)用的焊接質(zhì)量分析儀器

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)進行實時在線監(jiān)測及數(shù)字化記錄，并由分析軟件對數(shù)據(jù)進行實時統(tǒng)計分析，是目前對焊接工藝過程進行計算機輔助監(jiān)控和質(zhì)量分析廣泛應(yīng)用的焊接質(zhì)量分析儀器。主要實時測量焊接過程中的電參數(shù)（焊接電流、焊接電壓），對瞬時值進行統(tǒng)計處理，得出幅值特征的概率密度分布曲線和時間特征的時間頻數(shù)分布曲線，用來分析評價各種焊接材料、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) 科研團隊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，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UV鏡、全色濾鏡等各種附件，與高速攝像機的各種外觸發(fā)功能相協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了高速攝像機對焊接過程熔滴和熔池動態(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)化與驗證；

焊接電源校準和診斷。 

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電路的低通濾波器接到AH的通道1。

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  短路時間T1

u  燃弧時間T2

u  加權(quán)燃弧時間T3

u  過渡周期Tc 

各個時間參數(shù)的意義：

u  在燃弧時間T2（us(t) > UN）內(nèi)母材和填充材料被熔化

u  在短路時間T1（Us(t) <>）內(nèi)，熔滴過渡到熔池（T1 > T1MIN）或只是以很短時間與熔池接觸一下（T1 <>）

u  加權(quán)燃弧時間T3 描述的是兩個較長的短路時間（T1 > T1MIN）之間的區(qū)域，瞬間短路的時間（T1 <>）也計在加權(quán)燃弧時間T3 內(nèi)。

u  過渡周期Tc 由T3 和T1 構(gòu)成
以上四個時間參數(shù)最多分為1024 個組。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計：

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 ? 短路時間頻數(shù)分布CFD N(T1)

u ? 燃弧時間頻數(shù)分布N(T2)

u ? 加權(quán)燃弧時間頻數(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)計值

u ? 平均值m

u ? 標準偏差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)計分析：

一個短路熔滴過渡的焊接過程可以分為三個不同的物理階段：

• 電弧燃燒時間與電極和基體材料的熔點，
• 短路時間和熔滴過渡，
• 短路后重新燃弧的時間。

這些值是隨機變量，可以歸類統(tǒng)計。 從 類頻率分布（CFDs）的均值和其他統(tǒng)計參數(shù)，例如標準差，變異系數(shù)等是能計算的。

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，

也是用瞬時振幅值的概率密度分布（PDDS）統(tǒng)計學(xué)評估的。

統(tǒng)計分析也能驗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，短路過渡是一個過程中的擾動，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)計電壓，電流和時間中確定。

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，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)果實例：

實例一：氣體保護焊

計算機控制的氣體保護焊裝置（BOP）在水平位置已進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）。 保護氣體是氬混合物（Ar：82％/ CO₂：18％/DIN EN 439 MIN21/氣流量：10l/min）。

每個焊接試驗測量時間設(shè)置為5秒。 在這段時間500.000樣品的瞬時電壓和電流值同時記錄和在線評估。

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] 。短路時間的平均值下降從T₁=3.5ms到T₁= 2.5ms。焊接電流S₁的標準偏差從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。

-短路的電?。s2V - 12V）

-電弧燃燒（約16V - 30V）

-短路后重新燃弧（約32V - 100V）。

int003的電弧電壓U^* [15V <><>測試的 標準偏差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間T₁的CFDs[類寬度：ΔT₁= 0.2ms]， 圖 5-4，燃弧時間的類頻率分布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)計分析和評價以及過程圖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。

實例二：焊條電弧焊

隨著計算機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）。

每批四個焊條在相同的焊接條件下焊接，對于統(tǒng)計的準確性較高。

每個焊接試驗，測量時間設(shè)置為10秒 。 在這個時間1.000.000

樣品的瞬時電壓值和電流值已同時登記和在線評估。

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間T₁[類寬度：ΔT₁= 1ms]的類頻率分布中表明， 圖 5-14，在燃燒時間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類頻率是由熔滴過渡的隨機行為引起的， 圖 5-15。

這些焊條焊接電流的瞬時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I_W<40>（最小電弧電流）和I_W> 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。

四個焊條每次充電的統(tǒng)計分析和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。