铝合金双丝PMIG焊熔池图像特征分析(4)
图 2 6 焊枪
2.3 双丝焊接工艺原理及熔池特点
自动双丝焊具有焊接速度快、焊接铝合金时气孔缺陷量少、焊缝成型美观等优点。本试验采用TANDEM双丝焊接系统，该系统两根焊丝分别由各自的电源供电，相互绝缘，除送丝速度相同，其它所有的参数都彼此独立，这样可以最佳地控制电弧，在保证每个电弧稳定燃烧的前提下，将两个电弧的相互干扰降到最低。TANDEM双丝焊时，两根焊丝以一定角度前后排列，前丝为辅丝，焊接电流较大，有利于形成较大的熔深；后丝为主丝，电流稍小，起到填充盖面的作用。两根焊丝互为加热，充分利用电弧的能量，实现较大的熔敷率，使熔池里有充足的熔融金属和母材熔合，故焊缝成形美观。
一前一后两个电弧则大大增加了熔池的尺寸，延长了熔池的存在时间，使熔池中的气体有充足的时间逸出，因此气孔倾向较低。这种焊接方法虽然热输入量较大，但焊接速度很快，可以达到3-4m/min，因此焊接线能量反而小，焊接变形也很小。与其它的焊接技术相比，还具有熔敷速度快、焊接效率高、焊接质量好和飞溅少等优点。
焊接过程中的熔池行为将直接影响到焊后的焊缝质量，而双丝焊接与传统单丝焊接在熔池方面也有着很大的不同，因此需要对双丝焊接过程的熔池行为进行一定的研究。
母材金属和焊丝金属在电弧作用下被熔化后混合在一起形成熔池，电弧正下方的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部，随着电弧的前移，熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝。由于电弧的热量被输入到熔池中，使熔池形成一个温度场，在电弧力和表面张力作用下液体金属发生流动。焊接时，熔池随着电弧以恒定的速度移动，根据温度场的分布，熔池可分为前后两部分。在前边，输入的热量大于散失的热量，所以随着电弧的移动，金属不断熔化；在后部，散失的热量多于输入的热量，所以金属发生凝固。熔池前部液体金属的流速大于熔池后部，这是因为电弧位于熔池前部，此处的温度较高，对流得以充分发展，电弧力也比较大，驱动力较强，使液体金属流动较快。当焊接速度较高时，电弧周围温度梯度较大，熔池体积较小，熔池前部温度下降，电弧力减小，使熔池前部液体金属流速降低，这样对于热量的传递不利，使母材金属熔化量较少，另外还易产生咬边等焊接缺陷。而双丝焊接过程的熔池体积较大，热量输入较多，可以解决高速焊接时的这些缺陷。这是因为当两根丝前后排列时，前丝的电弧使母材熔化，可以影响熔池前部，使液体金属充分流动，后丝的电弧可以补充热量到熔池的后部，也就是前丝电弧热量传递很少的部位，使液体金属可以流动到熔池的边缘地区，解决咬边问题。另外，由于两个电弧作用在一个熔池，对整个熔池的作用力减小了许多，使熔池相对稳定，焊缝质量得到相应提高。
2.4 熔池图像视觉传感系统
2.4.1 视觉传感方法分析
对于通过视觉传感系统采集熔池图像时，有两种思路。一是采用光路系统法，二是采用CCD摄像机直接拍摄法。第一种方法的优点是CCD摄像机可以远离焊接熔池。缺点则是所拍摄的熔池图像相对较小，中间有弧光笼罩，不利于进一步提取熔池特征，进行后续分析。第二种方法的优点是CCD摄像机距离焊接熔池相对较近，采集的图像较大，更接近于实际的熔池，便于对熔池图像进行深入处理和特征分析。它的缺点则是电弧光电信号会对CCD的采集作用产生干扰，导致采集到的图像有噪声，同时熔池的热辐射等使得CCD摄像机工作时温度过高。
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