[發明專利]基于二氧化碳焊輸入端電信號的穩定性評估系統及方法

有效

• 申請號: 201510040848.1
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104625332A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 呂小青;張如星;徐連勇;荊洪陽;韓永典
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本發明涉及一種CO₂焊穩定性的評估系統，利用CO₂焊輸入端電信號特征來評估焊接過程穩定性的評估系統及其評估方法。

背景技術

由于CO₂焊具有高效節能，低氫性，費用低等優點，近年來，許多研究者對CO₂氣體保護進行了大量研究，提出了評價電弧穩定性的一些方法，如電壓，電流的概率分布法，傅里葉分析法，U-I圖形法，短路周期的概率分析法等。

張勇等人研究基于LabView的CO₂焊接參數采集分析系統，依據采集的電壓，電流信號，較精確的計算出短路時間、燃弧時間、熔滴過渡頻率等參數，并利用所得數據的概率分布圖，標準差等來評價焊接過程穩定性，取得了很好的效果。Marjan等人在判定電弧穩定性的方法中提出由焊接電壓和焊接電流繪出U-I相圖可以描述短路過渡焊接過程穩定性，即焊接電壓和焊接電流圍成的閉環面積越小，焊接過程越穩定，反之越不穩定。王寶等人與漢諾威大學D.Rehfeldt教授合作開展了焊接材料工藝性評定的研究，通過采集CO₂焊焊接過程電壓，電流信號。計算短路周期變異系數，平均短路時間和電壓，電流變異系數，證明了在CO₂焊短路過渡過程中，短路周期變異系數能夠很好的反映藥芯焊絲的電弧穩定性，即短路周期變異系數越低，電弧越穩定，反之越不穩定。平均短路時間能夠很好的反映實心焊絲的電弧穩定性，即平均短路時間越短，電弧越穩定，反之越不穩定。在CO₂焊非短路過程中，焊接電壓，電流變異系數能夠很好的反映藥芯焊絲的電弧穩定性，即焊接電壓，電流變異系數越低，電弧越穩定，反之越不穩定。專利《CO₂電弧焊短路過渡焊接過程的穩定性自動檢測方法》公開號CN103357987A，該方法通過對焊接電壓信號進行處理，計算短路時間的頻數分布值，然后根據正態概率密度擬合頻數分布累計值和時間范圍求取正態分布標準差，最后求出正態概率密度函數峰值的平均值，作為CO₂電弧焊短路過渡焊接過程的穩定性指標，若穩定性指標小于穩定性閥值(多次焊接穩定性為中等的實驗穩定性指標平均值)，則穩定性低于一般水平。專利《光電式CO₂氣體保護焊短路過渡頻率檢測儀》公開號CN2319163Y，所述檢測儀可以直接顯示熔滴短路過渡的頻率。另外，華南理工呂小青等人通過對CO₂焊短路過程中的電流信號近似熵的計算和分析，發現近似熵的大小可以很好地反映短路過渡焊接過程的穩定性，即焊接過程越穩定，近似熵越大，反之越小。雖然利用CO₂焊焊接過程中的輸出電信號特征判斷焊接穩定性的方法已趨于成熟，但各種方法存在如下不足：

1、選取傳感器較麻煩。對于同類型不同容量的焊機，輸出最大允許電流不同，在選?擇電流傳感器時，會因最大允許電流不同而不同。

2、傳感器安裝不方便。由于目前焊機接口特征不利于電流傳感器和電壓傳感器的接入，因此操作人員需要采取將電壓傳感器一端接在導電嘴上和接入額外接地線串入電流傳感器等方法來完成實驗信號采集，這給實驗帶來不必要的工作。

3、不容易實現評估系統的集成化和模塊化。由于不同焊接方法的輸出電壓和輸出電流變化范圍相差較大，某種型號的電壓和電流傳感器不能實現對各種焊接方法輸出電信號的采集，因此基于輸出端電信號穩定性評估系統適用范圍較窄，不利于實現系統的集成化和模塊化。

發明內容

本發明的目的，是為解決現有技術存在的不足，為拓展焊接工藝實時監測的方法和手段，提供一種新的評估CO₂焊接過程穩定性的評估系統及其評估方法，即基于輸入端電信號的特征評估焊接過程穩定性評估方法。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種二氧化碳焊的焊接穩定性評估系統，由數據處理系統、數據采集卡、電壓傳感器及電流傳感器組成。該系統的信號傳輸過程為：電壓傳感器和電流傳感器對焊機的輸入電信號進行采樣，采集的數據輸入數據采集卡，數據處理系統對數據采集卡傳輸的電信號進行接收和處理，獲取輸入端線電壓和線電流值，并儲存為一個信號樣本，最后對樣本的數據進行時域和頻域分析，從而評估焊接過程的穩定性；

上述二氧化碳焊的焊接穩定性評估系統的評估方法，具有如下步驟：

(1)通過電壓傳感器和電流傳感器采集CO₂焊接過程中的焊機輸入線電壓信號和線電流信號，信號輸入數據采集卡，在電腦中存儲為一個六通道線電壓、線電流信號樣本；