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固定式紅外熱像儀在激光焊接領域的應用

日期:2019-08-15 18:55
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摘要:項目單位:上海交通大學激光制造實驗室儀器:Impac IVS6400 and IVN3200
項目單位:上海交通大學激光制造實驗室
儀器:Impac IVS6400 and IVN3200
應用背景:
"激光制造中心"作爲中國與德國政府間重大科技合作項目,2004年在兩國總理見證下于柏林簽約,2005年10月底在上海交通大學闵行校區落成,2006年2月底完成設備安裝調試正式投入運行。激光制造中心建立受到國家科技部、上海市科委高度重視;自2005年先後批准立項的科研項目有:“船舶大功率激光建造技術”(國家科技部)“造船工業大功率激光制造技術及應用研究”(上海市科委);超高強鋼高功率激光焊接技術研究(國家科技部);國産船用材料高功率激光焊接適應性研究(上海市科委);于2006年激光制造中心被批准爲“上海市激光制造與材料改性”重點實驗室。針對船舶建造結構不均勻接頭縫隙,接頭裝配易産生Z向錯邊的條件下以及盡可能減小焊後變形小爲目標,進行船用鋼板的激光制造工藝適應性和冶金適應性的系統研究與評價。實現激光焊接技術在船舶制造中的産業化,提高激光焊接技術在船廠生産實踐中應用的穩定性,深入研究激光焊接過程的反應機理和現象,吸收和掌握國際上先進的激光焊接技術和測控技術,實現船用複雜結構的激光焊接技術和測控技術的國有自主化。
主要研究方向:
1.大功率激光與材料作用機理研究.大功率激光的高能量密度可使材料瞬間熔化乃至氣化,其冶金反應理論將有其自身特征與體系。大功率能束密度深熔過程,使材料本身夾質與氣體産生二次聚集與逸出過程,特別對厚板焊縫Z向有明顯的清潔作用,其內在機理有待深入研究與分析。
2.大厚度高強度結構的激光焊接技術研究。以大型艦船、高技術軍船、大型鋼結構、電站設備、煤液化裝置、橋梁、港口機械、機車、化工設備等爲主要應用對象,研究厚板高強結構鋼的激光焊工藝性和焊接接頭性能。
3.船用型材的激光焊接技術研究。采用三明治板、T型和I型結構等型材可使船體結構的強度提升和重量減輕;而三明治板、T型和I型結構等型材采用傳統電弧焊難以實現。研究三明治板、T型和I型結構等型材激光焊接工藝可靠性,以期推動激光焊接技術在造船工業中應用。



主要試驗設備:
交大激光焊接系統主要包括CO2激光發生器和門架型五軸運動激光焊炬及控制裝置:商用級大功率15KWCO2激光發生器;;Laser-MIG混合焊設備;三維同步焊縫跟蹤傳感;對接接頭和T形接頭的裝焊工藝設備;激光制造中心同時配置3KWiLS-YC-30CYAG 激光器;5 Kg 六軸ABB焊接機器人系統、CNC三維數控工作台; 10KW60KV電子束焊機;GTAW焊機、GMAW焊機、等離子焊機、電阻點焊縫焊機等先進焊接設備。
技術需求:
使用激光焊接可以**的控制焊接過程以及施加的能量,對此,必須有合理的監控設備來監控這個過程和溫度。所以,需要能夠實時連續監控整個焊接過程的紅外熱像儀。同時,由于激光焊接的溫度很高,所以采用的紅外熱像儀必須能夠測量很高的溫度,還要求溫度範圍廣。由于焊接的升溫過程和整個焊接過程都比較快,所以要采用幀頻較高的高速紅外熱像儀。對于鏡頭,還需要提供保護裝置,既能透過相應波段的紅外輻射,也能阻擋焊接飛濺物對紅外熱像儀鏡頭的損傷,還可以消除焊弧的幹擾和影響。
另外,由于激光焊接的特殊環境,所以人必須能遠離焊接現場,那麽所選取的紅外熱像儀必須能夠遠程操作。
鑒于此:我們推薦了高速紅外熱像儀IVS6400(640×480像素,60Hz幀頻,800-3000以及IVN3200(640×480像素,5HZ,2000-1600).它們都通過千兆以太網卡和電腦直接相連,實時拍攝采集數據,配備的軟件具有強大的在線監測和離線處理功能。以及配備了紅外鏡頭保護玻璃,分別是ZnSe(IVS6400保護鏡頭,能過0.86-1.06um紅外光)和CaF2(IVN3200保護鏡頭,能透過8-14um紅外光)材料。
配置示例:




交大現場調試圖
紅外熱像儀參數:
IVS6400紅外熱像儀主要用于測量金屬表面溫度,采用非制冷全輻射探測器,測量範圍爲600℃-3000℃。測量精度高爲讀數的0.5%,幀頻60Hz可以進行實時動態監控,640x480像素的圖像保證圖像質量及准確度,並通過1000M的以太網進行數據傳輸。IVS6400配有帶空氣吹掃和冷卻系統的屏蔽罩,可以在較高的使用溫度下使用。
IVN3200,固定式HS-Vision系列熱像儀已專門設計用于自動定位溫度在-40°C1600°C熱異常(熱點或冷點)。如範例所示,針對不同材料或不同的溫度範圍內的偵查,紅外熱成像儀工作在特定的光譜範圍。根據上海交大需求,選擇的是200-1600℃,8-14um

相關軟件:
IMPAC 系統開發軟件基于標准的軟件元素,它可定制化以適應特定的要求。.基礎軟件RTVBasicRT包含這些特性:在線可視化及看見在線狀態和記入日志的處理。爲了更詳盡的分析任務,IMPAC提供了軟件RTVAnalyser RT及進程優化控制軟件 RTV ControlRT.此外,量測系統可被輕易的被整合入您自己的系統,比如爲控制和監控産品制程。此外,在脫機模式下,還可分析圖象溫度數據及序列,爲了達到此目的,IMPAC提供了軟件RTV Analyser and RTV Control.。
難點:
如何消除焊弧的幹擾和影響。因爲焊弧覆蓋了從紫外到紅外很長的一個電磁波段,采用的保護鏡頭可以濾掉絕大部分。
另外,由于交大焊接時熔池很小,所以當初應該配備可變焦鏡頭或者近焦鏡頭。





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