基于二氧化碳焊輸入端電信號的穩(wěn)定性評估系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種CO2焊穩(wěn)定性的評估系統(tǒng)，利用〇)2焊輸入端電信號特征來評估焊 接過程穩(wěn)定性的評估系統(tǒng)及其評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于〇)2焊具有高效節(jié)能，低氫性，費用低等優(yōu)點，近年來，許多研宄者對CO 2氣體 保護(hù)進(jìn)行了大量研宄，提出了評價電弧穩(wěn)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。
[0003] 張勇等人研宄基于LabView的0)2焊接參數(shù)采集分析系統(tǒng)，依據(jù)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(shù)，并利用所得數(shù)據(jù)的概率 分布圖，標(biāo)準(zhǔn)差等來評價焊接過程穩(wěn)定性，取得了很好的效果。Mar jan等人在判定電弧穩(wěn)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(wěn)定性， 即焊接電壓和焊接電流圍成的閉環(huán)面積越小，焊接過程越穩(wěn)定，反之越不穩(wěn)定。王寶等人與 漢諾威大學(xué)D. Rehfeldt教授合作開展了焊接材料工藝性評定的研宄，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(shù)，平均短路時間和電壓，電流變異系數(shù)，證明了 在CO 2焊短路過渡過程中，短路周期變異系數(shù)能夠很好的反映藥芯焊絲的電弧穩(wěn)定性，即短 路周期變異系數(shù)越低，電弧越穩(wěn)定，反之越不穩(wěn)定。平均短路時間能夠很好的反映實心焊絲 的電弧穩(wěn)定性，即平均短路時間越短，電弧越穩(wěn)定，反之越不穩(wěn)定。在CO 2焊非短路過程中， 焊接電壓，電流變異系數(shù)能夠很好的反映藥芯焊絲的電弧穩(wěn)定性，即焊接電壓，電流變異系 數(shù)越低，電弧越穩(wěn)定，反之越不穩(wěn)定。專利《C0 2電弧焊短路過渡焊接過程的穩(wěn)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(jìn)行處理，計算短路時間的頻數(shù)分 布值，然后根據(jù)正態(tài)概率密度擬合頻數(shù)分布累計值和時間范圍求取正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差，最后 求出正態(tài)概率密度函數(shù)峰值的平均值，作為CO 2電弧焊短路過渡焊接過程的穩(wěn)定性指標(biāo)，若 穩(wěn)定性指標(biāo)小于穩(wěn)定性閥值（多次焊接穩(wěn)定性為中等的實驗穩(wěn)定性指標(biāo)平均值），則穩(wěn)定 性低于一般水平。專利《光電式CO 2氣體保護(hù)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〇) 2焊 短路過程中的電流信號近似熵的計算和分析，發(fā)現(xiàn)近似熵的大小可以很好地反映短路過渡 焊接過程的穩(wěn)定性，即焊接過程越穩(wěn)定，近似熵越大，反之越小。雖然利用CO 2焊焊接過程 中的輸出電信號特征判斷焊接穩(wěn)定性的方法已趨于成熟，但各種方法存在如下不足：
[0004] 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。
[0005] 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(dǎo)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。
[0006] 3、不容易實現(xiàn)評估系統(tǒng)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(xiàn)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(wěn)定性評估系統(tǒng)適用范圍較窄，不利于實現(xiàn)系統(tǒng)的集成 化和模塊化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的，是為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，為拓展焊接工藝實時監(jiān)測的方法 和手段，提供一種新的評估CO 2焊接過程穩(wěn)定性的評估系統(tǒng)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(wěn)定性評估方法。
[0008] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0009] 一種二氧化碳焊的焊接穩(wěn)定性評估系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡、電壓傳感 器及電流傳感器組成。該系統(tǒng)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(jìn)行采樣，采集的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)碾娦盘?進(jìn)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(shù) 據(jù)進(jìn)行時域和頻域分析，從而評估焊接過程的穩(wěn)定性；
[0010] 上述二氧化碳焊的焊接穩(wěn)定性評估系統(tǒng)的評估方法，具有如下步驟：
[0011] (1)通過電壓傳感器和電流傳感器采集〇)2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(shù)據(jù)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；
[0012] (2)根據(jù)所用傳感器的比例關(guān)系對樣本進(jìn)行處理，還原焊接過程中的真實輸入線 電壓、線電流數(shù)據(jù)；實際輸入線電流與采集信號比例在15~30 :1范圍內(nèi)，實際輸入線電壓 與采集信號比例在100~300 :1范圍內(nèi)；
[0013] (3)對步驟⑴樣本中的線電壓、線電流信號進(jìn)行時域分析，獲得焊接過程中輸入 線電壓信號的波形、變異系數(shù)和概率密度分布；獲得焊接過程中輸入線電流信號的波形、變 異系數(shù)和概率密度分布；獲得焊接過程中瞬時輸入功率的波形、功率變異系數(shù)和功率概率 密度分布；并獲得短路過渡時的短路頻率，短路周期和短路周期頻次分布的輸入電信號時 域特征；
[0014] (4)對步驟⑴樣本中的線電壓，線電流信號進(jìn)行頻域分析，獲得輸入線電壓信號 和線電流信號的頻譜分布圖、總諧波畸變率的輸入電信號頻域特征；
[0015] (5)根據(jù)步驟（3)和步驟（4)獲得的焊接過程輸入端線電壓、線電流時域和頻域特 征評估焊接過程的穩(wěn)定性：
[0016] ①根據(jù)瞬時輸入功率變化波形判斷CO2焊的過渡形式，若輸入瞬時功率峰值波動 比較穩(wěn)定，輸入功率峰值變異系數(shù)較小，當(dāng)輸入功率峰值變異系數(shù)小于15%，則焊接過程 為滴狀過渡；若瞬時輸入功率峰值波動較大，輸入功率峰值變異系數(shù)較大，當(dāng)輸入功率峰值 變異系數(shù)大于25%以上，并成周期性變化，則焊接過程為短路過渡；
[0017] ②對于0)2焊短路過渡過程，短路頻率在80Hz以上，焊接過程相對穩(wěn)定；若頻率越 高，焊接過程就越穩(wěn)定；
[0018] ③對于CO2焊接非短路過渡過程，瞬時輸入功率峰值變異系數(shù)越小，焊接過程越穩(wěn) 定；
[0019] ④保護(hù)氣體、焊接速度或氣體流量下的焊接過程，焊機瞬時輸入功率和輸入電流 概率密度越集中，焊接過程越穩(wěn)定。
[0020] 所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為Labview、Matlab軟件。
[0021] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0022] 1、拓寬了 CO2焊接穩(wěn)定性檢測方法的研宄領(lǐng)域。以往研宄者多以輸出電信號特征 來評定過程穩(wěn)定性，本發(fā)明提出從輸入端電信號特征評定焊接穩(wěn)定性，即對輸入線電壓，線 電流信號進(jìn)行時域和頻域分析。