[发明专利]基于二氧化碳焊输入端电信号的稳定性评估系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂焊稳定性的评估系统，利用CO₂焊输入端电信号特征来评估焊接过程稳定性的评估系统及其评估方法。

背景技术

由于CO₂焊具有高效节能，低氢性，费用低等优点，近年来，许多研究者对CO₂气体保护进行了大量研究，提出了评价电弧稳定性的一些方法，如电压，电流的概率分布法，傅里叶分析法，U-I图形法，短路周期的概率分析法等。

张勇等人研究基于LabView的CO₂焊接参数采集分析系统，依据采集的电压，电流信号，较精确的计算出短路时间、燃弧时间、熔滴过渡频率等参数，并利用所得数据的概率分布图，标准差等来评价焊接过程稳定性，取得了很好的效果。Marjan等人在判定电弧稳定性的方法中提出由焊接电压和焊接电流绘出U-I相图可以描述短路过渡焊接过程稳定性，即焊接电压和焊接电流围成的闭环面积越小，焊接过程越稳定，反之越不稳定。王宝等人与汉诺威大学D.Rehfeldt教授合作开展了焊接材料工艺性评定的研究，通过采集CO₂焊焊接过程电压，电流信号。计算短路周期变异系数，平均短路时间和电压，电流变异系数，证明了在CO₂焊短路过渡过程中，短路周期变异系数能够很好的反映药芯焊丝的电弧稳定性，即短路周期变异系数越低，电弧越稳定，反之越不稳定。平均短路时间能够很好的反映实心焊丝的电弧稳定性，即平均短路时间越短，电弧越稳定，反之越不稳定。在CO₂焊非短路过程中，焊接电压，电流变异系数能够很好的反映药芯焊丝的电弧稳定性，即焊接电压，电流变异系数越低，电弧越稳定，反之越不稳定。专利《CO₂电弧焊短路过渡焊接过程的稳定性自动检测方法》公开号CN103357987A，该方法通过对焊接电压信号进行处理，计算短路时间的频数分布值，然后根据正态概率密度拟合频数分布累计值和时间范围求取正态分布标准差，最后求出正态概率密度函数峰值的平均值，作为CO₂电弧焊短路过渡焊接过程的稳定性指标，若稳定性指标小于稳定性阀值(多次焊接稳定性为中等的实验稳定性指标平均值)，则稳定性低于一般水平。专利《光电式CO₂气体保护焊短路过渡频率检测仪》公开号CN2319163Y，所述检测仪可以直接显示熔滴短路过渡的频率。另外，华南理工吕小青等人通过对CO₂焊短路过程中的电流信号近似熵的计算和分析，发现近似熵的大小可以很好地反映短路过渡焊接过程的稳定性，即焊接过程越稳定，近似熵越大，反之越小。虽然利用CO₂焊焊接过程中的输出电信号特征判断焊接稳定性的方法已趋于成熟，但各种方法存在如下不足：

1、选取传感器较麻烦。对于同类型不同容量的焊机，输出最大允许电流不同，在选 择电流传感器时，会因最大允许电流不同而不同。

2、传感器安装不方便。由于目前焊机接口特征不利于电流传感器和电压传感器的接入，因此操作人员需要采取将电压传感器一端接在导电嘴上和接入额外接地线串入电流传感器等方法来完成实验信号采集，这给实验带来不必要的工作。

3、不容易实现评估系统的集成化和模块化。由于不同焊接方法的输出电压和输出电流变化范围相差较大，某种型号的电压和电流传感器不能实现对各种焊接方法输出电信号的采集，因此基于输出端电信号稳定性评估系统适用范围较窄，不利于实现系统的集成化和模块化。

发明内容

本发明的目的，是为解决现有技术存在的不足，为拓展焊接工艺实时监测的方法和手段，提供一种新的评估CO₂焊接过程稳定性的评估系统及其评估方法，即基于输入端电信号的特征评估焊接过程稳定性评估方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种二氧化碳焊的焊接稳定性评估系统，由数据处理系统、数据采集卡、电压传感器及电流传感器组成。该系统的信号传输过程为：电压传感器和电流传感器对焊机的输入电信号进行采样，采集的数据输入数据采集卡，数据处理系统对数据采集卡传输的电信号进行接收和处理，获取输入端线电压和线电流值，并储存为一个信号样本，最后对样本的数据进行时域和频域分析，从而评估焊接过程的稳定性；

上述二氧化碳焊的焊接稳定性评估系统的评估方法，具有如下步骤：

(1)通过电压传感器和电流传感器采集CO₂焊接过程中的焊机输入线电压信号和线电流信号，信号输入数据采集卡，在电脑中存储为一个六通道线电压、线电流信号样本；