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1、中国机械工程第13卷第9期2002年5月上半月文章编号:1004-132Ò(2002)09-0796-03熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影李桓李国华李俊岳杨立军邓黎丽张宝红摘要:建立了适合拍摄熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影系统。介绍了在光路的设计、背光光源的选择、转向和分幅措施的采用及放大率、摄影频率的确定等方面应采取的措施,其结论对熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影技术有较高的参考价值。关键词:焊接;熔滴过渡;高速摄影;技术措施中图分类号:TG403文献标识码:A李桓副教授高速摄影技术是一种先进的测试手段,它能长为63218nm,透过宽度约1%、透过率为70%;把一个高速的运
2、动过程或高速瞬变过程的空间信(4)摄影部分高速摄影机选用原民主德国息和时间信息记录下来,常用于熔滴过渡过程的产的Pentazet35型35mm标准底片光学补偿式[1,2]研究。与人们熟知的普通人像或景物摄影相高速摄影机,最高摄影频率为2000幅ös,此时摄比,焊接熔滴过渡过程具有被摄物体画面小(一般影胶片的运行速度约为38mös。情况下小于10mm×10mm),熔滴过渡频率高1.2工作原理(为几十～几百赫兹),熔滴穿越电弧空间速度快熔滴通常处于电弧包围之中,因而往往被强(可达每秒几十米)等特点。同时熔滴被高温、高亮烈的弧光所掩盖。为了显示熔滴,就要削弱弧光和度的电弧所笼罩,通常还伴有
3、大量的飞溅和烟尘。采用背光,以造成阴影像。在熔滴过渡高速摄影因此,熔滴过渡过程的高速摄影具有许多特殊性。中,为使熔滴能清楚地在底片上呈现,弧光与背光为了得到高质量的底片,必须对上述诸多特殊性的亮度应该有一个合适的比例,如背光太弱熔滴深入了解,并采取相应的技术措施。就显示不出来。这仅靠调整曝光参数或加滤光片是无法满足两者的亮度比例要求的。因此,首先应1摄影装置及工作原理采用激光为背光;其次,要使用小孔光阑和干涉滤1.1摄影装置光片来联合滤除弧光。图1为一种常见的高速摄影装置光路示意其原理是,电弧光的波长分布在从紫外到红图。外的很宽范围内,而在某一波长上其强度不一定高。因此,功率不大的的
4、激光器发出的激光亮度就可能超过电弧中对应波长的弧光。激光为单一波长平行光,经扩束后为近似平行光束,当投射到成像物镜上时,透镜将此平行光束在其焦点位置会图1高速摄影装置及光路示意图聚为一点,并顺利地通过小孔光阑;而电弧光则是球面光,在成像物镜的焦点处则形成一个一定大本装置由4部分组成:小的光斑,其中仅有小孔部分通过光阑,其余部分(1)光源部分背光光源使用的是波长为被阻挡,从而达到衰减弧光的目的。干涉滤光片对63218nm的氦-氖激光器;相应激光波长的光是透明的,而对其它波长的光(2)扩束部分由显微目镜及凸透镜组成的则不透明,这样弧光中只剩下与激光波长相同的扩束镜,即透镜1、透镜2;光透
5、过,其它光则全被消去。同时弧光是球面波,(3)成像部分包括焊丝、成像物镜(透镜其强度与距离的平方成反比地迅速衰减,激光经3)、小孔光阑、干涉滤光片。,干涉滤光片的中心波扩束后是接近平行的光束,光强几乎与距离无关,增大拍摄距离,可使弧光消除得更多。通过上述措收稿日期:2000—09—04基金项目:国家教委博士点基金资助项目(9405609);天津市自施衰减电弧光,在摄影机中便可获得熔滴过渡的然科学基金资助项目(993602911)清晰阴影像。·796·熔化极电弧焊熔滴过渡过程的高速摄影——李桓李国华李俊岳等置调整起来要麻烦许多。采取上述措施后提高了2提高拍摄质量的措施拍摄频率,而且经转
6、向后的底片仍具有较大的横获得高质量的焊接电弧熔滴过渡高速摄影照向尺寸,可获得熔滴过渡清晰成像,便于观察和分片是每一个研究电弧现象及熔滴过渡行为的学者析。所追求的目标。为此,首先要对熔滴过渡过程和摄2.4恰当选择摄影频率影技术(特别是高速摄影技术)有比较深入的了摄影频率(单位时间拍摄的底片数)的下限不解,其次在拍摄之前要对整个光路进行仔细的调要低于熔滴过渡频率的10倍,其上限约为熔滴过整,再者要努力提高暗室技术,最后要对照片进行渡频率的50倍。仔细的分析与判读。为此,应采取如下提高拍摄质此外,拍摄电弧现象及熔滴过渡过程总希望量的措施。画面的反差大一些,要注意正确选择摄影材料、努2.1正
7、确选择放大率力提高暗室技术。电弧和熔滴均属于微小物体,为了分析和判2.5显示效果读的需要,必须对像进行放大,因此须正确选择放图2给出一组高速摄影照片,表1给出照片大率。当焊丝直径为112mm时,若拍摄短路过渡的说明。从中可以看出,该组照片都是根据拍摄对过程特别是液体小桥的状态,放大率以2～3为象的具体情况和实验条件,选择最佳的拍摄方案宜。若放大率太小,则不利于分析和判读;若放大后得出的,满足了分析和判读的需要。简要介绍如率太大,则对背光的亮度有较高的要求,
