李宇

摘 要：研究和設(shè)計了一種焊接熱循環(huán)參數(shù)測試與分析系統(tǒng)的硬件部分。該部分由熱電偶、數(shù)據(jù)采集卡、濾波放大電路等組成。硬件部分的主要功能是為后面的數(shù)據(jù)采集提供可供采集的信號。為了檢測系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分的功能，做一個系統(tǒng)的測試實驗。

關(guān)鍵詞：熱電偶；濾波放大電路；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TJ430.3+8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0096-02

引言

在金屬結(jié)構(gòu)材料的研制中，材料的焊接性作為一項重要工藝性能受到人們的關(guān)注。人們通常根據(jù)熱影響區(qū)金屬經(jīng)歷的不同焊接熱循環(huán)過程與熱影響區(qū)組織間的對應(yīng)關(guān)系來繪制焊接曲線，進(jìn)而確定具體焊接工藝參數(shù)。傳統(tǒng)的熱模擬分析，對焊接熱影響區(qū)性能只是做了定性的分析，對焊逢在焊接熱循環(huán)過程中溫度變化不能定量分析。本系統(tǒng)的設(shè)計就是對焊接熱循環(huán)過程中，焊接熱影響區(qū)定量的變化，利用電腦輔助分析，繪制出溫度變化曲線，分析出對焊逢性能的影響。

1 溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的硬件設(shè)計

1.1 溫度傳感器的選擇

本系統(tǒng)采集的溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)生于焊接熱循環(huán)過程中，溫度相當(dāng)高，且要求傳感器的線形盡量好，故而選擇鎳硅-鎳鉻熱電偶溫度傳感器。選用的補(bǔ)償導(dǎo)線是：正極-銅，導(dǎo)線線芯為紅色；負(fù)極-康銅，導(dǎo)線線芯為藍(lán)色。

1.2 集成運(yùn)算放大器的選擇

對熱電偶信號的放大，一般情況下，應(yīng)該采用低溫漂的放大器，這樣才能使放大信號的失真最小。由于工作環(huán)境比較穩(wěn)定，工作時間不太長，再加上考慮到熱電偶所采集的溫度信號只有毫伏級，為了達(dá)到所要求的輸出放大電壓，采用集成運(yùn)算放大器LM741。

1.3 濾波放大電路

圖1是由溫度變化產(chǎn)生的電壓信號的放大濾波電路。濾波電路采用RC濾波電路?？紤]到實際的電壓和電路情況，電阻R3的電阻值選用1K歐。電容C5的值在計算的范圍內(nèi)取適當(dāng)?shù)闹?，?.7uf，其額定電壓盡量取大，以防止電容由于電壓過載而造成的損壞。

1.4 數(shù)據(jù)采集卡

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡選用PCI-1710型A/D數(shù)據(jù)采集卡。

2 系統(tǒng)測定實驗及結(jié)果分析

實驗裝置圖如圖2所示。

2.1 實驗前期準(zhǔn)備

2.1.1 焊條和焊接電流電壓的選擇

在本實驗中，被焊的是一塊厚度約為10mm的普通低碳鋼鋼板。選擇直徑為3.2mm的酸性焊條。焊條型號為：E4303。焊接電流選100-130A。焊接電壓選擇電焊機(jī)額定工作電壓。

2.1.2 焊接設(shè)備的選擇

電焊機(jī)選用直流弧焊焊機(jī)，焊鉗型號用G352。焊接電纜選YHHR型電焊橡皮套特軟電纜，電纜端面面積為16mm2。

2.2 焊接實驗

焊接前先用蠟燭外焰對熱電偶進(jìn)行加熱，看看在顯示屏上得到的曲線是不是合理。

調(diào)節(jié)濾波放大電路上的可變電阻，使濾波放大電路的增益精確到219.5，然后開始采集蠟燭外焰溫度。從圖3所示的蠟燭外焰加熱熱電偶的采集曲線來看，最大電壓可以達(dá)到3.6伏。

對鋼板進(jìn)行焊接，同時硬件電路開始放大熱電偶采集到的電壓信號，數(shù)據(jù)采集程序在電壓達(dá)到一定值后，也開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集程序?qū)附訜嵊绊憛^(qū)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，并最終得到結(jié)論。

焊接加熱和冷卻過程中，數(shù)據(jù)采集軟件程序?qū)附訜嵊绊憛^(qū)產(chǎn)生熱電勢的采集。熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為毫伏級的，經(jīng)過濾波放大電路的放大和濾波，采集到的電壓信號能達(dá)到6.5伏。

2.3 實驗結(jié)果分析

從圖3蠟燭外焰加熱熱電偶得到的曲線來看，在濾波放大電路輸出的電壓達(dá)到最高值以前，輸出電壓值一直穩(wěn)步上升。在上升過程中，由于蠟燭火焰的抖動，造成輸出電壓曲線在保持持續(xù)上升的勢頭的同時，在一個微小范圍內(nèi)波動。當(dāng)輸出電壓達(dá)到最大值并保持一段時間后，輸出電壓值發(fā)生了較大幅度的波動。從實驗條件和實驗情景來看，是因為蠟燭火焰在外界風(fēng)的吹動下，發(fā)生了跳動，造成對熱電偶的加熱不均勻，從而使濾波放大電路的輸出電壓發(fā)生較大變化，波動范圍為2-3.6伏。

從焊接熱循環(huán)過程溫度數(shù)據(jù)采集曲線可看出在焊接過程的初期，所形成的焊逢遠(yuǎn)離熱電偶，熱電偶所采集到溫度信號還不夠大，沒有輸出信號。隨著焊逢逐漸接近熱電偶，熱電偶所采集到的溫度信號逐漸升高，在顯示曲線上開始出現(xiàn)電壓信號。當(dāng)焊逢到達(dá)熱電偶處的時候，熱電偶采集到的溫度是最高的。濾波放大電路的輸出電壓達(dá)到最大值6.5伏，在曲線上顯示為曲線的波峰。焊逢在停止焊接后，溫度逐漸下降。溫度下降到一定的程度后，輸出電壓波形基本趨于直線。

3 結(jié)束語

通過蠟燭外焰溫度加熱和焊接熱循環(huán)溫度數(shù)據(jù)的采集，可以得出結(jié)論：硬件部分的設(shè)計是正確的，連接是良好的；軟件編程部分，能采集到6.5伏的電壓，在顯示屏上能顯示出完整的曲線，軟件編程部分也是正確的。

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