基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法与流程

本发明涉及焊接技术领域，特指一种基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法。

技术背景

焊接是一项重要的材料成型工艺，被广泛应用于航空航天、海洋工程、汽车等领域。然而由于焊接高温的作用，导致焊缝区域微观组织粗大，从而降低焊接工件的综合性能，如何细化焊接工件焊接区域的微观组织已经成为焊接技术领域的一项重要研究课题。

电脉冲辅助焊接技术能够直接对凝固过程产生作用，从而实现在材料制造的开始就对凝固过程进行控制的目的。电容器储能产生高能电脉冲的基本原理是首先对电容器进行充电储能，然后对负载进行放电，从而产生较大的脉冲电流。电脉冲波形的特征量直接决定着注入到金属溶液中的能量，对结晶的过程有着重要的影响，如果能够揭示电脉冲波形的特征量对结晶过程的作用机制，在此基础上就能选取合适的电脉冲波形来控制液态合金凝固后的微观组织晶粒度，从而达到改善材料综合性能的目的。然而目前尚未有文献公开报道过电脉冲波形的特征量对材料微观组织晶粒度的作用规律，所以确定电脉冲波形的过程更多是依靠经验，使得电脉冲辅助焊接技术的效果并不稳定，限制了电脉冲辅助焊接技术的推广与应用。因此，有必要对电脉冲波形的特征量对材料微观组织晶粒度的作用规律开展研究，为电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定提供依据，并最终形成电脉冲波形的确定方法。

针对电脉冲波形的特征量对材料微观组织晶粒度的作用规律尚不清楚的问题，本发明提出一种基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，即对实验过程中得到的海量电脉冲波形及其对应的材料微观组织晶粒度数据进行分析，揭示电脉冲波形的特征量对材料微观组织晶粒度的作用规律，在此基础上为电脉冲波形的确定提供依据，并形成基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，为电脉冲辅助焊接技术的推广与应用提供助力。

技术实现要素：

为了解决电脉冲波形的特征量对材料微观组织晶粒度的作用规律尚不清楚的问题，本发明提出一种基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，即对实验过程中得到的海量电脉冲波形及其对应的材料微观组织晶粒度数据进行分析，揭示电脉冲波形的特征量对材料微观组织晶粒度的作用规律，在此基础上为电脉冲波形的确定提供依据，并形成基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，从而助力电脉冲辅助焊接技术的推广和应用。

基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，包括以下步骤：

(1)建立电脉冲辅助焊接电脉冲波形数据库。将工件电脉冲辅助焊接处理时采用的电脉冲波形存储到计算机中，并建立电脉冲辅助焊接电脉冲波形数据库，为后续的海量数据分析提供基础。

(2)建立材料微观组织晶粒度。采用现代材料测试分析技术，获取焊接构件分别在只有焊接时与电脉冲辅助焊接时焊接后的微观组织晶粒度。在直接焊接和电脉冲辅助焊接时，保持焊接工艺参数不变，仅改变电脉冲波形，用来研究电脉冲波形特征对微观组织晶粒度的影响规律。

(3)提取电脉冲波形特征量。电脉冲波形的第一个脉冲的能量峰值最大，对材料内部微观组织作用也是最为明显，在本发明中主要研究第一个脉冲的特征量对材料内部微观组织晶粒度的影响规律。所述的电脉冲波形特征量包括脉冲峰值a、脉冲宽度d和脉冲上升的速率k。所述的脉冲上升的速率指的是首个脉冲以多快的速度达到峰值，即脉冲波形的斜率。在本发明中研究的脉冲上升的速率k针对的是第一个脉冲上升到峰值的速率。

(4)得到各个特征量对晶粒度的影响规律，形成确定电脉冲波形的第一评价手段。采用单因素试验的方法，得到每一个电脉冲波形特征量对材料微观组织晶粒度变化量的作用规律。在这里主要揭示晶粒度变化量随着每一个电脉冲波形特征量的变化规律，比如电脉冲波形特征量在什么范围内晶粒度变化量较大，比如电脉冲波形特征量在什么范围内晶粒度变化量较小，这时在确定合适的电脉冲辅助焊接电脉冲波形时，选取获得较大晶粒度变化量所对应的电脉冲波形特征量变动范围内的电脉冲波形特征量。即所述的第一评价手段指的是在确定合适的电脉冲辅助焊接电脉冲波形时，选取获得较大晶粒度变化量所对应的电脉冲波形特征量变动范围内的电脉冲波形特征量。所述的微观组织晶粒度变化量指的是对工件直接焊接时得到的微观组织晶粒度与对工件进行电脉冲辅助焊接时得到的微观组织晶粒度之间的差值。对工件进行电脉冲辅助焊接时材料微观组织相对于工件直接进行焊接时会得到细化，即工件经过电脉冲辅助焊接处理后材料微观组织相对于工件直接进行焊接时会变小。材料在焊接过程中，通过脉冲电流，会对材料凝固过程产生作用，材料结晶形成的树枝晶会被冲碎，形成新的形核的核心，能够减小微观组织的尺寸，即达到细化晶粒的目的，从而实现改善材料综合性能的目的。

(5)得到晶粒度与特征量之间的函数模型。建立晶粒度变化量与所述的三个电脉冲波形特征量之间的函数模型，在此基础上对步骤(2)和步骤(3)获得的数据进行数据拟合，拟合出晶粒度变化量与所述的三个电脉冲波形特征量之间的函数表达式f(a,d,k)。

(6)对步骤(5)中的函数模型求解单个特征量的偏导数，形成确定电脉冲波形的第二评价手段。对函数模型求解单个特征量的偏导数，所述的偏导数为确定每一个电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度。即所述的第二评价手段指的是所述的偏导数越大，表明该特征量对晶粒度变化量的影响越大，在确定合适的电脉冲波形时首先以偏导数大的特征量作为出发点。

(7)通过第一评价手段和第二评价手段确定合适的电脉冲波形。综合采用第一评价手段(评价手段1)和第二评价手段(评价手段2)，确定合适的电脉冲波形，使材料内部微观组织能够获得较好的细化效果。所述的电脉冲波形确定准则为：首先，以第二评价手段确定的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度为基础，将对晶粒度度变化量的影响程度最大的特征量作为第一考虑因素，然后根据第一评价手段进一步确定特征量的选取范围；其次，以第二评价手段确定的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度为基础，将对晶粒度度变化量的影响程度仅次于第一考虑因素的特征量作为第二考虑因素，然后根据第一评价手段进一步确定特征量的选取范围；然后，以第二评价手段确定的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度为基础，将对晶粒度度变化量的影响程度最小的特征量作为第三考虑因素，然后根据第一评价手段进一步确定特征量的选取范围；最后，在上述三个特征量的选取范围内选取具体的特征量数值，得到所需要的电脉冲波形。在上述三个特征量的选取范围内选取具体的特征量数值，调节电脉冲波形产生电路的参数，得到所需要的电脉冲波形，当调节电脉冲波形产生电路的参数，无法得到所需要的电脉冲波形时，可以将作为第三考虑因素的特征量的选取范围扩大，如果还是无法得到所需要的电脉冲波形，可以将作为第二考虑因素的特征量的选取范围扩大，以得到所需要的电脉冲波形。此外，也可以通过更换电脉冲波形产生电路的元器件的方式来扩大电路参数的选择范围，从而得到所需要的电脉冲波形。

进一步，所述的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，其特征在于：所述的电脉冲波形特征量包括脉冲峰值a、脉冲宽度d和脉冲上升的速率k。所述的脉冲上升的速率指的是首个脉冲以多快的速度达到峰值，即脉冲波形的斜率。在本发明中研究的脉冲上升的速率k针对的是第一个脉冲上升到峰值的速率。

进一步，所述的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，其特征在于：所述的材料微观组织晶粒度采用晶粒的平均线长度进行表征。

具体来说，本发明的工作过程为：

基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法具体实施步骤包括：第一步建立电脉冲辅助焊接电脉冲波形数据库，即将实验过程中的电脉冲波形存储在计算机中，为后续的分析积累海量的电脉冲波形数据；第二步建立材料微观组织晶粒度，即将只有焊接作用时材料微观组织的晶粒度与电脉冲辅助焊接作用时材料微观组织的晶粒度存储在计算机中，为后续的分析积累海量的微观组织晶粒度数据；第三步提取电脉冲波形特征量，即将脉冲峰值a、脉冲宽度d和脉冲上升的速率k三个特征量提取出来；第四步得到各个特征量对晶粒度的影响规律，形成确定电脉冲波形的第一评价手段，即通过步骤(4)的开展可以确定各个特征量对晶粒度变化量的作用规律，得到各个特征量可以选择的范围区间；第五步得到晶粒度与特征量之间的函数模型，即建立晶粒度变化量与所述的三个电脉冲波形特征量之间的函数模型，并结合实验数据得到具体的函数表达式；第六步对步骤(5)中的函数模型求解单个特征量的偏导数，形成确定电脉冲波形的第二评价手段，即对函数模型求解单个特征的偏导数，确定每一个电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度，所述的偏导数越大，表明该特征量对晶粒度变化量的影响越大，在确定合适的电脉冲波形时首先以偏导数大的特征量作为出发点；第七步通过第一评价手段和第二评价手段确定合适的电脉冲波形。综合采用第一评价手段(评价手段1)和第二评价手段(评价手段2)，确定合适的电脉冲波形，使材料内部微观组织能够获得较好的细化效果，即以步骤(6)确定的各个特征量的影响程度为基础，从影响最大的特征量开始，并结合步骤(4)确定的各个特征量可以选择的范围区间，选取特征量的具体数值，从而形成合适的电脉冲波形。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法能够揭示电脉冲波形特征对晶粒细化程度的作用规律，为确定合适的电脉冲波形提供依据。

2、通过采用本发明提出的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法能够确定合适的电脉冲辅助焊接电脉冲波形，有利于获得较为理想的晶粒细化效果。

3、本发明提出的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法是以海量数据为基础，确保了得到的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的作用规律是可靠的，从而确保了通过本发明提出的方法确定的电脉冲波形进行实验是有效的，且能够得到较好的实验效果。

附图说明

图1基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法示意图。

图2电脉冲波形特征量示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，包括以下步骤：

(1)建立电脉冲辅助焊接电脉冲波形数据库。将工件电脉冲辅助焊接处理时采用的电脉冲波形存储到计算机中，并建立电脉冲辅助焊接电脉冲波形数据库，为后续的海量数据分析提供基础。

(2)建立材料微观组织晶粒度。采用现代材料测试分析技术，获取焊接构件分别在只有焊接时与电脉冲辅助焊接时焊接后的微观组织晶粒度。在直接焊接和电脉冲辅助焊接时，保持焊接工艺参数不变，仅改变电脉冲波形，用来研究电脉冲波形特征对微观组织晶粒度的影响规律。

(3)提取电脉冲波形特征量。电脉冲波形的第一个脉冲的能量峰值最大，对材料内部微观组织作用也是最为明显，在本发明中主要研究第一个脉冲的特征量对材料内部微观组织晶粒度的影响规律。所述的电脉冲波形特征量包括脉冲峰值a、脉冲宽度d和脉冲上升的速率k。所述的脉冲上升的速率指的是首个脉冲以多快的速度达到峰值，即脉冲波形的斜率。在本发明中研究的脉冲上升的速率k针对的是第一个脉冲上升到峰值的速率。

(4)得到各个特征量对晶粒度的影响规律，形成确定电脉冲波形的第一评价手段。采用单因素试验的方法，得到每一个电脉冲波形特征量对材料微观组织晶粒度变化量的作用规律。在这里主要揭示晶粒度变化量随着每一个电脉冲波形特征量的变化规律，比如电脉冲波形特征量在什么范围内晶粒度变化量较大，比如电脉冲波形特征量在什么范围内晶粒度变化量较小，这时在确定合适的电脉冲辅助焊接电脉冲波形时，选取获得较大晶粒度变化量所对应的电脉冲波形特征量变动范围内的电脉冲波形特征量。即所述的第一评价手段指的是在确定合适的电脉冲辅助焊接电脉冲波形时，选取获得较大晶粒度变化量所对应的电脉冲波形特征量变动范围内的电脉冲波形特征量。所述的微观组织晶粒度变化量指的是对工件直接焊接时得到的微观组织晶粒度与对工件进行电脉冲辅助焊接时得到的微观组织晶粒度之间的差值。对工件进行电脉冲辅助焊接时材料微观组织相对于工件直接进行焊接时会得到细化，即工件经过电脉冲辅助焊接处理后材料微观组织相对于工件直接进行焊接时会变小。材料在焊接过程中，通过脉冲电流，会对材料凝固过程产生作用，材料结晶形成的树枝晶会被冲碎，形成新的形核的核心，能够减小微观组织的尺寸，即达到细化晶粒的目的，从而实现改善材料综合性能的目的。

(5)得到晶粒度与特征量之间的函数模型。建立晶粒度变化量与所述的三个电脉冲波形特征量之间的函数模型，在此基础上对步骤(2)和步骤(3)获得的数据进行数据拟合，拟合出晶粒度变化量与所述的三个电脉冲波形特征量之间的函数表达式f(a,d,k)。

(6)对步骤(5)中的函数模型求解单个特征量的偏导数，形成确定电脉冲波形的第二评价手段。对函数模型求解单个特征量的偏导数，所述的偏导数为确定每一个电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度。即所述的第二评价手段指的是所述的偏导数越大，表明该特征量对晶粒度变化量的影响越大，在确定合适的电脉冲波形时首先以偏导数大的特征量作为出发点。

(7)通过第一评价手段和第二评价手段确定合适的电脉冲波形。综合采用第一评价手段(评价手段1)和第二评价手段(评价手段2)，确定合适的电脉冲波形，使材料内部微观组织能够获得较好的细化效果。所述的电脉冲波形确定准则为：首先，以第二评价手段确定的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度为基础，将对晶粒度度变化量的影响程度最大的特征量作为第一考虑因素，然后根据第一评价手段进一步确定特征量的选取范围；其次，以第二评价手段确定的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度为基础，将对晶粒度度变化量的影响程度仅次于第一考虑因素的特征量作为第二考虑因素，然后根据第一评价手段进一步确定特征量的选取范围；然后，以第二评价手段确定的电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度为基础，将对晶粒度度变化量的影响程度最小的特征量作为第三考虑因素，然后根据第一评价手段进一步确定特征量的选取范围；最后，在上述三个特征量的选取范围内选取具体的特征量数值，得到所需要的电脉冲波形。在上述三个特征量的选取范围内选取具体的特征量数值，调节电脉冲波形产生电路的参数，得到所需要的电脉冲波形，当调节电脉冲波形产生电路的参数，无法得到所需要的电脉冲波形时，可以将作为第三考虑因素的特征量的选取范围扩大，如果还是无法得到所需要的电脉冲波形，可以将作为第二考虑因素的特征量的选取范围扩大，以得到所需要的电脉冲波形。此外，也可以通过更换电脉冲波形产生电路的元器件的方式来扩大电路参数的选择范围，从而得到所需要的电脉冲波形。

进一步，所述的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，其特征在于：所述的电脉冲波形特征量包括脉冲峰值a、脉冲宽度d和脉冲上升的速率k。所述的脉冲上升的速率指的是首个脉冲以多快的速度达到峰值，即脉冲波形的斜率。在本发明中研究的脉冲上升的速率k针对的是第一个脉冲上升到峰值的速率。

进一步，所述的基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法，其特征在于：所述的材料微观组织晶粒度采用晶粒的平均线长度进行表征。

具体来说，本发明的工作过程为：

基于数据挖掘技术的电脉冲辅助焊接电脉冲波形的确定方法具体实施步骤包括：第一步建立电脉冲辅助焊接电脉冲波形数据库，即将实验过程中的电脉冲波形存储在计算机中，为后续的分析积累海量的电脉冲波形数据；第二步建立材料微观组织晶粒度，即将只有焊接作用时材料微观组织的晶粒度与电脉冲辅助焊接作用时材料微观组织的晶粒度存储在计算机中，为后续的分析积累海量的微观组织晶粒度数据；第三步提取电脉冲波形特征量，即将脉冲峰值a、脉冲宽度d和脉冲上升的速率k三个特征量提取出来；第四步得到各个特征量对晶粒度的影响规律，形成确定电脉冲波形的第一评价手段，即通过步骤(4)的开展可以确定各个特征量对晶粒度变化量的作用规律，得到各个特征量可以选择的范围区间；第五步得到晶粒度与特征量之间的函数模型，即建立晶粒度变化量与所述的三个电脉冲波形特征量之间的函数模型，并结合实验数据得到具体的函数表达式；第六步对步骤(5)中的函数模型求解单个特征量的偏导数，形成确定电脉冲波形的第二评价手段，即对函数模型求解单个特征的偏导数，确定每一个电脉冲波形特征量对晶粒度变化量的影响程度，所述的偏导数越大，表明该特征量对晶粒度变化量的影响越大，在确定合适的电脉冲波形时首先以偏导数大的特征量作为出发点；第七步通过第一评价手段和第二评价手段确定合适的电脉冲波形。综合采用第一评价手段(评价手段1)和第二评价手段(评价手段2)，确定合适的电脉冲波形，使材料内部微观组织能够获得较好的细化效果，即以步骤(6)确定的各个特征量的影响程度为基础，从影响最大的特征量开始，并结合步骤(4)确定的各个特征量可以选择的范围区间，选取特征量的具体数值，从而形成合适的电脉冲波形。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。