基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，涉及各种弧焊方法使用焊接材料的工艺性评价方法，解决焊接材料工艺性无法有效量化评价、评价指标体系复杂、不可靠的问题。本发明是通过构建一个焊接材料工艺性评价平台，并创建一个焊接材料工艺性评价方法，将采集得到的电压、电流信号通过霍尔传感器传输到采集软硬件系统，转化成数字信号后，对混沌特性算法进行改进和优化，进行焊接材料工艺性评价。本发明实现了焊接材料工艺性的量化评价，有效解决工业中对焊接材料无法客观有效量化评价的难题。
【专利说明】基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及各种弧焊方法使用焊接材料的工艺性评价方法，特别涉及一种基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法。
【背景技术】
[0002]焊接材料在应用过程中，由于受到原材料以及生产工艺等因素的影响，往往存在焊丝不均匀、稳弧性差、飞溅大等工艺不稳定现象，直接影响焊接过程的稳定性和焊接质量。因此，焊接材料工艺性的好坏非常重要，它决定了焊接材料的推广应用，成为焊接材料是否具有市场竞争力的决定性因素。
[0003]如何对焊接材料的工艺性进行评价，一直是业内人士所关注的问题。长期以来，传统的焊接材料工艺性评价主要是采用飞溅收集与测定、稳弧和燃弧性能测定等方法；以及其他主观评价方法，依靠人的经验和直觉来判断。但是此类方法受主观影响很大，评价标准不一，具有很多局限性，很难对焊丝的工艺性做出准确和科学的评价。如果用一种定量标准对药芯焊丝进行科学评价，使得焊接材料的工艺性分析和评价由定性评估，提高到以焊接过程数据信息为基础的定量分析与判定，将对焊接材料的改进及焊件质量提高产生重要影响。
[0004]近年来，一些研究者认识到上述问题，采集焊接过程中的电信号，基于统计学分析方法，采用短路时间、变异系数、电压、电流概率密度等指标来对焊接材料进行评价。虽然上述方法被证明基本可靠有效，但该类评价指标存在以下缺点:(I)适用性差，不同类型的焊接材料需要采用不同的指标，多指标体系为评价方法的推广使用非常不利；(2)对测试评价的实验条件要求严格，如:在短路过渡条件下的指标不能用于喷射过渡中，测试结果受测试条件和参数影响大，很难在工业实际中采用；(3)评价体系建立在二次指标基础上，属于经验性指标，指标的物理意义不明确。上述缺点影响了该方法的工业应用。
[0005]焊接过程的混沌现象已得到研究者的认可，混沌是指处于非周期变化的非线性过程。焊接过程的电信号变化恰好具备混沌特征，混沌指标的物理意义就是反映非线性系统的稳定性程度。如何采用电弧混沌特征来评价焊接材料的工艺性，是其应用的一个重要发展方向。因此，本发明基于对焊接电弧物理现象中混沌特性的研究，提出了采用混沌特性优化算法来评价焊接材料工艺性。是一种新型的焊接材料工艺性有效量化评价方法。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决焊接材料工艺性无法有效量化评价、评价指标体系复杂、不可靠的问题，而提供了一种基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，是构建一个焊接材料工艺性评价平台，并创建一个焊接材料工艺性评价方法，将采集得到的电压、电流信号通过霍尔传感器传输到采集软硬件系统，转化成数字信号后，通过混沌特性李雅普诺夫指数改进优化算法，计算相应的最大李雅普诺夫指数作为评价指标，进行焊接材料工艺性评价，步骤为:
(1)设定焊接参数，焊机进行焊接，焊接过程要尽可能排除外界干扰因素等的影响，保证焊接过程中工艺性的差别是由焊接材料的不同引起；
(2)采集焊机焊接过程中的电压和电流信号，并将电压和电流信号通过霍尔传感器，传输到采集软硬件系统，转化成数字信号后，存贮到计算机中；
(3)将采集到的电压、或电流信号进行归一化取样，每次评价取样的数据量不低于三千，使得采样数据满足混沌计算的要求，具体按照判识要求选定，需要考虑到计算速度和精度；
(4)将取样后的数据作为数据源，采用混沌特性李雅普诺夫指数改进优化算法，计算相应的最大李雅普诺夫指数作为评价指标，计算方法和步骤如下:
a)相空间重构:首先需要将取样的数据作为一个数列，表示为i= l%3 - n]；然后按照一定时间延迟τ (延迟时间f的确定与嵌入维数m —起进行，具体计算方法参见步骤b)，从开始，构造第一个演化相点，如式(I)所示:
【权利要求】
1.一种基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，其特征在于，构建一个焊接材料工艺性评价平台，并创建一个焊接材料工艺性评价方法，将采集得到的电压、电流信号通过霍尔传感器传输到采集软硬件系统，转化成数字信号后，通过混沌特性李雅普诺夫指数改进优化算法，计算相应的最大李雅普诺夫指数作为评价指标，进行焊接材料工艺性评价，步骤为: (1)设定焊接参数，焊机进行焊接； (2)采集焊机焊接过程中的电压和电流信号，并将电压和电流信号通过霍尔传感器，传输到采集软硬件系统，转化成数字信号后，存贮到计算机中； (3)将采集到的电压、或电流信号进行归一化取样，每次评价取样的数据量不低于三千，使得采样数据满足混沌计算的要求； (4)将取样后的数据作为数据源，计算相应的最大李雅普诺夫指数作为评价指标，其中计算方法和步骤如下: 相空间重构:将取样的数据作为一个数列，表示为纟二 123…^，然后按照一定时间延迟T,从1(4)开始，构造第一个演化相点，由式(I)所示:
2.根据权利要求1所述的基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，其特征在于，步骤(1)所述的焊接参数，短路过渡形态:18V、60-90A ;细滴过渡形态:28V、.110-170A ;喷射过渡:32V、190-270A，焊接过程选定气体纯度为99%C02或者Ar，焊接试件材质为A3钢。
3.根据权利要求1或2所述的基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，其特征在于，所述的电压和电流信号的采集时间10S、采样频率10KHZ。
4.根据权利要求1或2所述的基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，其特征在于，所述的每次评价取样的数据量为六千。
5.根据权利要求1或2所述的基于电弧混沌特性优化算法的焊接材料工艺性评价方法，其特征在于，所述的短路过渡的量化范围为0-1.2)，滴状过渡的量化范围为0-0.9，喷射过渡的量化范围为0-0.5。
【文档编号】B23K9/23GK104002019SQ201410224863
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】李志勇, 冯立, 丁森, 张英乔 申请人:中北大学