由不 同焊接形式、方法和位置的焊接过程电信号信息中得到，能够对焊接工人的操作技能进行 客观、标准的判定，适合于重要焊接工程项目操作人员的筛选、焊接操作人员培训、考核等 方面应用。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体的实施例进一步阐述本发明焊接过程质量评价方法的内容。所述实 施例只为说明本发明的技术构思及特点，不能以此限制本发明的保护范围。凡在本发明基 础上的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0024] 本实施例具体使用J422焊条进行电弧焊的平焊操作，以对所述焊接过程进行焊 接质量的定量评价。
[0025] 首先采用焊接电压和焊接电流传感器获取焊接过程信息。焊接电压和焊接电流分 别经过霍尔传感器，经信号调理电路处理后，转变成0~5V的电压信号，得到焊接过程中一 组离散的焊接电压信号K(n)和焊接电流信号J(n)，再通过数据采集卡标定采集的数据，在 采集软件控制下，将信号传输到计算机。
[0026] 采用MATLAB中的wfilters函数，按照下述式（5)的数学表达式，对上述传输到计 算机的焊接过程电信号，即采集到的焊接电压信号K(n)和焊接电流信号J(n)进行小波变 换，得到电信号的时频域特征。
[0027] 然后根据小波变换的结果，对原始电信号进行分频分析，得到操作人员各个频段 电信号的幅频特性，进而从中得到db6尺度函数，获得低频电压信号Z F(n)和低频电流信号 4(n)，以及高频电压信号尽(η)和高频电流信号忍(η)。
[0028] 对上述焊接过程中的低频电压信号ZF(n)和低频电流信号4(η)进行分析，判断焊 接过程中是否存在过低频电压信号低于18V或高于35V，或者低频电流信号低于90Α或高于 135Α的现象，只要其中一种情况出现过一次，既可以直接将该焊接过程评价为不合格。
[0029] 对于低频电压信号ZF(n)始终在18V~35V之间变化、同时低频电流信号4(η)始 终在90Α~135Α之间变化的焊接过程，进入以下量化评价环节。
[0030] 先将所述焊接过程分成m段，每段时间0. 5s。计算出每个时间段内低频电压信号 4(n)的平均值Z3Ji) (i=l，2，……，m);再求出m个低频电压信号平均值Ki) (i=l， 2,……，m)的平均值按照式（1)计算出所述m个低频电压信号平均值Z3K(i) (i=l， 2,……，m)的变异系数67,作为此次焊接过程的分段低频电压变异系数。
[0031] 式中：Z3K(i)表示某个时间段内低频电压信号的平均值，表示m个低频电压 信号平均值4r(i) (i=l，2，……，m)的平均值。
[0032] 基于先前通过大量数据采集，对不同操作水平操作人员的电信号以及自动焊接过 程进行分析，采集了不少于200次焊接过程的变异系数，以其作为评价标准，建立起的焊接 过程评判数据库j多200,以及数据库中存储的最大变异系数CT e _和最小变异系数 W min数据，按照式（2)计算得到所述焊接过程的基础分值汾。
[0033] 式中：67。_为数据库中的最大变异系数，67。^为数据库中的最小变异系数， 为数据库中每次焊接过程的变异系数，CT为本实施例被评价焊接过程的变异系数。
[0034] 同时，判断所述变异系数与数据库最大变异系数67。_和最小变异系数cr。min的 关系，如果变异系数于^ max或小于min，则将此次变异系数C咖入到数据库中，代 替原有的最大变异系数O^ max或最小变异系数O^min，对数据库进行修正。如果位于O^max 和O^min之间，则保持原有数据库不变。
[0035] 接着，进一步对基础分值万_/进行修正，找出焊接过程中出现短路电压的时间，即 焊接过程中焊接电压信号K(n)低于IOV开始到再次高于IOV的时间，作为短路时间7；并从 中筛选出全部多30ms的短路时间作为长时短路时间7?。以式（3)对所述7?进行修正，得 到总的长时短路时间7b。
[0036] 式中：为修正系数，当30彡TX 100时，"尸1 ;当100 < TX 300时，"尸10 ; 当 7?> 300 时，"尸50。
[0037] 以总的长时短路时间Tb作为修正值，按照式（4)对基础分值进行修正，得到此 次焊接过程最后的量化评价分值耳：
式中 J1=IOOms, T?2=500ms，T?3=1000ms。
[0038] 同时，根据判识结果和参数，本评价方法还可以结合电弧物理理论，分析其反映的 操作过程信息，给出操作建议和不足分析。
【主权项】
1. 一种焊条电弧焊的焊接过程质量评价方法，包括以下步骤： 1) 采集焊条电弧焊焊接过程中离散的焊接电压信号κ(η)和焊接电流信号J(n); 2) 采用MATLAB中的《filters函数对采集到的焊接电压信号K(n)和焊接电流信号 /(η)进行小波变换分析，得到db6尺度函数，获得低频电压信号Z F(n)和低频电流信号 L1(Ji)； 3) 存在低频电压信号不满足18V < 4(n) < 35V或低频电流信号不满足 90Α < 4(η) < 135Α的焊接过程，评价为焊接过程不合格； 4) 对于低频电压信号4(η)变化范围始终在18V~35V之间、同时低频电流信号4(η) 变化范围始终在90Α~135Α之间的焊接过程，将所述焊接过程分成等时间段的m段，计算 每个时间段内低频电压信号4(n)的平均值Z 3K(i) (i=l，2,……，m); 5) 求出m个低频电压信号平均值⑴（i=l，2，……，m)的平均值 $)，按照式（1)计算出所述m个低频电压信号平均值Z3K(i) (i=l，2,……，m)的变异 系数作为所述焊接过程的变异系数：式中：Z3K(i)表示某个时间段内低频电压信号的平均值，表示m个低频电压信号 平均值4r(i) (i=l，2，……，m)的平均值； 6) 获取不少于200次焊接过程的变异系数，建立起焊接过程评判数据库Cyej，j多200， 并找出数据库中的最大变异系数cr。 max和最小变异系数cr。min; 7) 按照步骤1)~5)对拟评价焊接过程的焊接电压信号进行处理，获取所述焊接过程 的变异系数cr，按照式（2)计算得到所述焊接过程的基础分值式中心K_为数据库中的最大变异系数，^为数据库中的最小变异系数，为数 据库中每次焊接过程的变异系数，为被评价焊接过程的变异系数。2. 根据权利要求1所述的焊接过程质量评价方法，其特征是还包括对基础分值进行 修正，所述修正方法为： 1) 设定焊接过程中出现短路电压的临界电压值为10V，焊接电压信号K(n)从低于临界 电压开始，到再次高于临界电压的时间间隔为短路时间7；设定多30ms的短路时间为长时 短路时间7?; 2) 从离散的焊接电压信号K(n)中找出全部的长时短路时间7?，以式（3)对所述7?进 行修正，得到总的长时短路时间Tb:式中：L为修正系数，当30彡TX 100时，"尸1 ;当100 < TX 300时，"尸10 ;当 7?> 300 时，//尸50; 3)以总的长时短路时间Tb作为修正值，按照式（4)对基础分值进行修正，得到所述 焊接过程最后的量化评价分值珲：3. 根据权利要求1或2所述的焊接过程质量评价方法，其特征是当被评价焊接过程的 变异系数于数据库最大变异系数O^max或小于数据库最小变异系数O^ min时，将所述 变异系数入到数据库中，代替数据库最大变异系数O^max或最小变异系数O^ min，对数 据库进行修正。4. 根据权利要求1或2所述的焊接过程质量评价方法，其特征是所述的焊接过程包括 平焊、横焊、仰焊、立焊四种方式，每种焊接方式建立各自的评判数据库。5. 根据权利要求1或2所述的焊接过程质量评价方法，其特征是所述m段的时间为 0· 5 ~Is0
【专利摘要】本发明公开了一种焊条电弧焊的焊接过程质量评价方法，是采集焊接过程中离散的焊接电压信号和焊接电流信号，通过小波变换分析得到低频电压信号和低频电流信号，将焊接过程分成等时间段的m段，计算每个时间段内低频电压信号的平均值，再求出m个低频电压信号平均值的平均值，计算出m个低频电压信号平均值的变异系数，通过与焊接过程评判数据库中一系列变异系数进行比较，计算得到焊接过程的基础分值，进而采用长时短路时间对基础分值进行修正，得到焊接过程最后的量化评价分值，作为反映操作能力的基本判据，能够对焊接工人的操作技能进行客观、标准的判定。
【IPC分类】B23K9/00, B23K9/095
【公开号】CN104972197
【申请号】CN201510425865
【发明人】李志勇, 任杰亮, 邢磊, 黄强, 杨利成, 郑旭东
【申请人】中北大学, 长治技师学院
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年7月20日