摘 要

本论文使用图形化编程软件Labview，完成了可以实时测量焊接过程中温度变化与变形装置的设计。该测试系统分为硬件和软件两部分。硬件包括武汉亚为USB 8AD Plus数据采集卡、WYDC-15D位移传感器、K型热电偶、WS906021K4型温度变送器。软件系统基于图形化软件Labview，能完成焊接时温度和变形参数的实时采集、数据处理与保存、数据回放，同时可以对来自多个通道的数据进行分析的功能。实验过程中，能成功的得到多组实验数据。

研究结果表明：本文设计的焊接温度变形测试系统能够实时采集温度和变形数据，并进行相关数据处理、保存和显示。测量精度比较高，人机交互界面简洁、高效。所得结果对于焊接过程中温度和变形的研究具有重要的指导意义。

关键词：焊接；温度测量；变形；模拟

Abstract

This paper uses the software which named Labview to design a system to measure real-time data of deformation and temperature during the welding process. This system includes two parts: hardware and software. The hardware is mainly compose of USB 8AD Plus data acquisition card which can measure 8 channels’ data at most and transfer it to the CPU; WYDC-15D displacement sensor to measure the deformation; the thermocouple to measure the temperature; WS906021K4 transmitter which can deal with the sign from thermocouple. The software part uses the modularization of Labview programming, it can finish several function, including data collection, data display, storage and analyze. The experimental shows that using this system can collect and analyze the data of welding. Apart from that, the website of interface is efficient and easy to handle.

Key Words：welding；measure temperature; deformation; analog

目 录

第1章 绪论 1

1.1 焊接热循环和变形研究的现状和意义 1

1.2 计算机技术在焊接中的应用 1

1.3本研究的主要内容 2

第2章 系统硬件设计 4

2.1温度传感器 4

2.2温度变送器 5

2.2.1补偿原理 5

2.3位移传感器 6

2.3.1位移传感器的选择 6

2.3.2位移传感器的结构 7

2.3.3测量原理 7

2.4 USB接口数据采集卡 7

2.4.1数据采集卡的选择 7

2.4.2数据采集卡性能 8

2.4.3 USB接口 9

第3章 系统软件设计 11

3.1 Labview简介 11

3.2软件模块的划分 13

3.2.1数据采集参数设置 14

3.2.2数据采集模块 15

3.2.3数据存储模块 15

3.2.4数据分析模块 16

3.2.5其余模块 17

第4章 实验结果与分析 19

4.1模拟调试 19

4.2实验过程 19

4.3实验结果分析 21

第5章 结论 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 焊接热循环和变形研究的现状和意义

焊接是随着人类对合金的应用而产生的一门技术，据统计，每年需要进行焊接加工的钢材占钢材总产量的45%左右^[3]，接近一半的比例。焊接的发明虽然开始于数千年之前，但直到上个世纪初期，才随着人们对军用设备日益膨大的需求量得到真正的发展。

焊接是一个复杂的加热过程，由于存在着不能均匀受热，以及材料本身存在的非协调塑性应变等原因，HAZ区的材料在不同的环境下发生了复杂的应力应变反应。过去使用的焊接分析手段是通过定性的研究来对HAZ区进行分析，其主要缺点是无法控制所有不确定因素也就无法确定真正影响结果的因素。与传统的热模拟技术和有限元数值模拟技术不同，现在主要通过焊接热模拟技术来对焊接热循环和变形系统进行研究，同时也能对焊接HAZ区的热过程进行研究和分析。但是由于实验条件相对理想，实际焊接过程中极难达到与此相同的条件，因此两种情况下产生的结果存在较大的误差。在这种情况下，对能承受极端条件并且能兼顾高效运算的计算机技术应运而生，很大程度的推进了制造业的发展，并由于其便利性与准确性得到迅速发展。

当今焊接技术在各个行业，尤其是制造业当中有着极为重要的地位，为人们的生活发展提供更好的物质基础。然而作为一门尚未完全成熟的技术，由于在焊接过程中不均匀的受力而可能产生的变形和由于高温而发生的改变性质的反应成为影响焊接结果的关键问题。一方面，焊接变形会使焊件的稳定性与使用寿命大幅降低，增加了使用过程中可能发生意外的几率，间接形成安全隐患也造成了原材料的浪费；另一方面，焊件中材料性质的改变则会大大增加设计的难度，增加工件制造成本。因此检测焊件在焊接中的变形以及焊件过程中的温度变化使温度维持在特定区域间是保证焊件的质量与增加安全性、降低成本的重要环节。一方面，这有助于研究焊接接头的材料组织与变形；另一方面，能找到最优化的生产方法来降低成本，提高生产效率。因此，对焊接过程中温度和变形的研究不仅具有理论意义同时也具有很高的实用价值。

1.2 计算机技术在焊接中的应用

目前，计算机处理数据的能力引起了各国研究人员的广泛关注，越来越多的软件被使用到分析焊接过程当中。这些主要使用在管理工艺过程、数据分析、结果模拟、误差分析等环节。除此之外，诸如人工智能、神经元网络、模糊控制、软件设计方法学等先进的方法也被引入到焊接领域中。由计算机行业发明的CAD、CAPP、CAM、MIS、OA等软件已经与基础行业密不可分，尤其是在制造行业，它们将行业技术水平推进到仅凭人力所不能及的领域，它们提高了整体设计水平和实用性。大量工业发达的国家如美国、英国、德国早已认识到这一点。因此早在上世纪70年代，他们就已经逐步将计算机技术引入到焊接工业中来。为了促进计算机技术在焊接领域的使用，大量的研究机构通过使用不同的技术发明了能在各种条件下使用的焊接方面的软件，从焊接焊件的设计、焊接成本计算、焊接缺陷预测到材料及设备选择等方面。计算机技术很大程度上提高了生产质量，缩短了生产周期，同时人力也极大的得到了缓解使大批量制造成为可能。成为了焊接发展史上的重要拐点。目前，各个国家已经开发出许多与焊接相关的软件，包括硬件与软件两个方向。例如涵盖各类焊接软件的CAW系统不仅在研究所中使用，部分已经进入了市场中。

相较之下，国内接触计算机领域稍晚于国外，直至80年代中后期才逐渐将其应用到焊接领域。但当研究者认识到其方便性后便立即便被广泛的推广，同时在这个领域开始进行大量的研究，得到了迅速的发展。所涉及的方面包括材料结构设计、焊接方法、焊接设备及工艺装备、焊接材料、焊接毛坯的焊前处理及加工、焊接过程的机械化和自动化、焊接工艺过程的控制、焊接环保与焊件结构失效分析等，尤其是在计算机焊接领域^[4]。因此虽然开始时间较晚，但计算机技术在焊接中可谓是飞速发展。清华大学、华中科技大学、上海交通大学、重庆大学等研究机构已经取得一定的成功。其中,清华大学已经研究出了包括手工电弧焊和埋弧焊的焊接电流和电压，线能量等的6种焊接规范设计网络。除此之外，华北电力大学研制出以单片机8031为基础的焊接热循环测试仪器，能够实现采集数据、显示并分析数据的功能。近几年里，人工神经网络也逐渐进入人们的视野中。凭借其强大的自主学习能力，自我适应能力与知识储存能力得到我国科学家的青睐，在近年来的实验研究中取得了傲人的成绩。现在，研究人员逐渐把目光投向这个领域以寻找更高效的发展。

1.3本研究的主要内容

由于计算机软件远胜于人工的快速性和准确性，处理专业领域中问题的方法和手段也将发生变化，研究出能在焊接中应用的新的软件系统显得尤为重要。本课题的目的是充分利用计算机软件采集和处理数据的优势，从硬件和软件两方面来设计一种能采集并分析焊接热循环和变形的测试系统。软件方面以Labview为程序软件，设计各软件模块，通过滤波器、A/D电路、误差补偿等结构完成温度和变形参数的实时采集，数据处理，数据存贮，数据回放等功能。同时设计多通道数据采集硬件系统完成实际实验数据采集与分析。