Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/49904
Type: Dissertação
Title: Development of a computer vision image recognition tool for underwater wet welding
Other Titles: Desenvolvimento de uma ferramenta de reconhecimento de imagem em visão computacional para soldagem subaquática
Desarrollo de una herramienta de reconocimiento de imágenes por visión computacional para soldadura submarina
Authors: Jorge Luis Ortiz Solano
First Advisor: Ariel Rodríguez Arias
First Co-advisor: Eduardo José Lima II
First Referee: Alexandre Queiroz Bracarense
Second Referee: Regis Henrique Goncalves e Silva
Abstract: O foco deste trabalho é analisar a dinâmica das bolhas resultantes do processo de soldagem, sobre o efeito de diferentes formulações de eletrodos revestidos, em ambas as polaridades e variando a corrente de soldagem. As análises visuais da formação de bolhas têm sido aceitas como uma ferramenta fundamental no estudo do processo de soldagem devido ao seu efeito de correlação com a estabilidade do processo e, portanto, com o cordão de solda final. Além disso, o processo de soldagem a arco de metal blindado ainda é a técnica dominante utilizada na engenharia naval e submarina devido ao seu custo razoável de implementação e desempenho adequado. O trabalho proposto inclui o estudo de três diferentes eletrodos em bastão projetados especificamente para soldagem subaquática úmida, incluindo, dois eletrodos desenvolvidos no Laboratório de Robótica, Soldagem e Simulação, e um comercial específico para soldagem subaquática. As diferenças sob polaridade direta e inversa são destacadas pela evolução das bolhas e análise de estabilidade do arco. Este trabalho é desenvolvido através da utilização de um sistema de imagem de qualidade, uma fonte de alimentação, um sistema de aquisição de dados e um algoritmo de detecção e rastreamento. O algoritmo de processamento de imagem identifica as bolhas geradas nos experimentos de soldagem subaquática a arco de metal blindado. Além disso, o algoritmo facilita o cálculo da área projetada da bolha e seu diâmetro equivalente. Em seguida, é capaz de rastrear as bolhas para fins de monitoramento, bem como calcular sua frequência. Como o sistema de imagem e o sinal são sincronizados, é possível determinar a relação entre as bolhas e as características elétricas do arco. Identificou-se que a tensão de soldagem apresenta um comportamento semelhante a uma onda senoidal e dependendo da inclinação da curva, seu sinal terá duas direções específicas, podendo ser uma inclinação positiva durante o crescimento da bolha ou uma inclinação negativa durante o crescimento da bolha. sua separação da área do arco de soldagem. Nos experimentos realizados verificou-se que nos momentos em que a tensão diminui para valores inferiores a 5 Volts, não significa explicitamente que haja um curto-circuito, é simplesmente uma atenuação do arco. Uma possível relação inversamente proporcional entre a voltagem média do experimento e a frequência (em bolhas por segundo (b/s)) também foi identificada. E, uma relação proporcional entre esta tensão e o diâmetro equivalente calculado. Além disso, é apresentada uma possível relação entre o coeficiente de variação da corrente e o do diâmetro das bolhas, porém, isso só poderia ser válido para os consumíveis e parâmetros de soldagem apresentados neste estudo. A observação dos vídeos do experimento sugere que, diferentemente dos outros experimentos, durante a formação da bolha, o eletrodo básico, aglomerado com um aglomerante de polímero, adota uma aparência semelhante a flocos e se expande e se contrai em volume oscilando antes de se quebrar em vários pedaços menores. bolhas. Este fenômeno de bolha também foi observado mesmo sem a presença de curtos-circuitos ou quedas de tensão. Além disso, o aumento do diâmetro das bolhas desse eletrodo pode estar relacionado à presença de partículas de polímero no material adicional. Com relação ao fenômeno da formação de bolhas no eletrodo revestido com fluxo de rutilo, percebeu-se um fenômeno mais suave de formação e desprendimento da bolha, o que pode estar relacionado à sua maior estabilidade nos parâmetros elétricos do processo.
Abstract: The focus of this work is to analyze the dynamics of the bubbles resulting from the welding process, on the effect of different formulations of coated electrodes, in both polarities and varying the welding current. The visual analyses of the bubble formation have been accepted as a fundamental tool in studying the welding process due to its correlation effect with the process stability and so, the final weld bead. Also, the shielded metal arc welding process is still the dominant technique used in marine and submarine engineering due to its reasonable cost of implementation and suitable performance. The proposed work includes the study of three different stick electrodes specifically designed for Underwater wet welding, including, two electrodes developed in the Robotics, Welding, and Simulation Laboratory, and a commercial one specific for underwater welding. The differences under direct and inverse polarity are highlighted by bubble evolution and arc stability analysis. This work is developed through the use of a quality imaging system, a power supply, a data acquisition system, and a detection and tracking algorithm. The image processing algorithm identifies the bubbles generated in the shielded metal arc underwater welding experiments. Also, the algorithm facilitates the calculation of the projected area of the bubble and its equivalent diameter. Then, it is able to track the bubbles for monitoring purposes as well as to calculate their frequency. As the imaging system and the signal are synchronized, it is possible to determine the relationship between the bubbles and the electrical characteristics of the arc. It was identified that the welding voltage presents a behavior similar to a sine wave and depending on the slope of the curve, its signal will have two specific directions, being able to be a positive slope during the growth of the bubble or a negative slope during its separation from the welding arc area. In the experiments carried out it was found that in the moments in which the voltage decreases to values lower to 5 Volts, it does not explicitly mean that there is a short circuit, it is simply an attenuation of the arc. A possible inversely proportional relationship between the mean voltage of the experiment and the frequency (in bubbles per second (b/s)) was also identified. And, a proportional relationship between this voltage and the calculated equivalent diameter. Also, there is a possible relationship is presented between the coefficient of variation of the current and that of the diameter of the bubbles, however, this could only be valid for the consumables and welding parameters presented in this study. The observation of the experiment videos suggests that, unlike the other experiments, during the formation of the bubble, the basic electrode, agglomerated with a polymer binder, adopts a flakes-like appearance and it expands and contracts in volume oscillating before breaking into several smaller bubbles. This bubble phenomenon was also observed even without the presence of short circuits or voltage drops. Also, the increase in the diameter of the bubbles of this electrode could be related to the presence of polymer particles in the additional material. With regard to the phenomenon of the bubble formation in the rutile flux coated electrode, a smoother phenomenon of formation and detachment of the bubble was perceived, which could be related to its greater stability in the electrical parameters of the process.
Subject: Engenharia mecânica
Soldagem subaquática
Arco de soldagem submersa
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/49904
Issue Date: 22-Jul-2022
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