一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统及方法与流程

1.本发明涉及测量装置，主要是一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统及方法。


背景技术：

2.在气保焊焊接过程中，焊丝的焊丝稳定性直接影响焊接电弧的稳定性，电弧的不稳定将导致焊缝的成型和焊接缺陷，所以稳定的送丝是保证稳定焊接的前提条件。
3.影响送丝稳定性的因素是多种多样的，包括焊丝表面清洁度、直径均匀性、粗糙度、硬度、化学成分等焊丝因素，也有送丝机稳定性、送丝管的长度等非焊丝因素。而焊丝本身送丝稳定性是关键因素，也是焊丝厂家、用户重点关心指标。
4.焊接过程中焊丝的阻力和送丝速度、电流、电压等参数稳定性是体现送丝稳定性的最直观指标，但是测量比较困难，主要难点体现在模拟实际焊接场景不易、将送丝阻力单独测量不易。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统及方法。
6.本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统，包括框架、送丝盘、焊丝、送丝机、力传导杆、支柱、力传感器、焊枪导电嘴和焊接电源，所述框架上固定连接有支柱和焊丝导向装置，支柱上固定连接有力传感器，力传导杆的一端固定连接在送丝机的右侧壁上，力传导杆的另一端抵接在力传感器上；送丝盘上的焊丝沿水平方向送入送丝机的送丝辊轮中，穿过送丝辊轮的焊丝通过焊丝导向装置后再与焊枪导电嘴相连接；所述焊丝导向装置和焊枪导电嘴之间的焊丝外套装有送丝管，在靠近送丝机的位置设有测速仪a，用于测量焊丝刚出送丝机的速度，靠近焊枪导电嘴的位置设有测速仪b，用于测量末端焊丝速度；所述焊接电源和工件之间连接有电参数测量仪。
7.更进一步的，所述的送丝机为绳浮结构，所述的送丝机为绳浮结构，送丝机通过绳子悬挂在框架上。
8.更进一步的，所述送丝管在靠近送丝机的速度测量点位置开口裸露出焊丝，并设有一组与焊丝配合的滚轮a，测速仪a测量滚轮a的转速；所述送丝管在靠近焊枪导电嘴的速度测量点位置开口裸露出焊丝，并设有一组与焊丝配合的滚轮b，测速仪a测量滚轮b的转速。
9.本发明同时提供了一种用于测量焊丝的焊接稳定性的方法，包括步骤如下：在同一段时间内，计算测速仪a和测速仪b测出的速度差，算出速度差的标准差；计算电流i的标准差；计算送丝阻力的平均值，计算送丝阻力的标准差，并通过加权计算获得焊接稳定性s。
10.更进一步的，具体步骤如下：
11.1、在同一时间点上i，焊丝的速度差vi；vi＝v
i1-v
i2
；其中，v
i1
:在i时间上，测速仪a测量的焊丝速度；v
i2
:在i时间上，测速仪b测量的焊丝速度；
12.计算出焊丝的速度差的标准差v
σ
；
[0013][0014]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；在这段时间的平均速度；
[0015]
2、计算电流的标准差i
σ
：
[0016][0017]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；ii:在i这个时间点的电流；在这段时间的平均电流；
[0018]
3、计算送丝阻力的平均值
[0019][0020]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；fi:在i这个时间点的阻力；
[0021]
4、计算送丝阻力的标准差f
σ
：
[0022][0023]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；fi:在i这个时间点的送丝；在这段时间的平均送丝阻力；
[0024]
5、计算焊接稳定性s：
[0025][0026]
其中，ω1、ω2、ω3、ω4:分别是焊丝速度差波动、电流波动、送丝平均阻力、送丝阻力波动对焊接稳定性的影响权重。
[0027]
本发明的有益效果为：
[0028]
1、送丝机采用绳浮结构，解决了在实际焊接过程中测量送丝阻力的难题，采用实际焊接过程中测量可以体现测量值具有现实指导意义，将送丝机与其他结构充分分离，测量值接近真实的送丝阻力。
[0029]
2、本发明意在解决焊丝在实际焊接过程中定量分析焊接稳定性，采用实际焊接过程中测量可以体现测量值具有现实指导意义，将送丝阻力、电流波动、电压波动、送丝速度波动等综合起来评价焊丝的焊接稳定性，提供了一个可行且可丈量的指标，为提高焊丝的内在质量奠定基础。
附图说明
[0030]
图1为本发明的结构示意图。
[0031]
图2为本发明滚轮部分的结构示意图。
[0032]
图3为送丝速度差的曲线示意图。
[0033]
附图标记说明：框架1，送丝盘2，测速仪a3，焊丝4，送丝机5，力传导杆6，力传感器7，焊丝导向装置8，焊枪导电嘴9，焊接电源10，工件11，送丝辊轮12，测速仪b13，支柱14，绳子15，送丝管16，电参数测量仪17，滚轮a18，滚轮b19。
具体实施方式
[0034]
下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：
[0035]
如图1所示，一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统，包括框架1、送丝盘2、焊丝4、送丝机5、力传导杆6、支柱14、力传感器7、焊枪导电嘴9和焊接电源10，所述框架1上固定连接有支柱14和焊丝导向装置8，支柱14上固定连接有力传感器7，力传导杆6的一端固定连接在送丝机5的右侧壁上，力传导杆6的另一端抵接在力传感器7上；送丝盘2上的焊丝4沿水平方向送入送丝机5的送丝辊轮12中，所述的送丝机5为绳浮结构，所述的送丝机5为绳浮结构，送丝机5通过绳子15悬挂在框架1上。穿过送丝辊轮12的焊丝4通过焊丝导向装置8后再与焊枪导电嘴9相连接；所述焊丝导向装置8和焊枪导电嘴9之间的焊丝4外套装有送丝管16，在靠近送丝机5的位置设有测速仪a3，用于测量焊丝刚出送丝机的速度，靠近焊枪导电嘴9的位置设有测速仪b13，用于测量末端焊丝速度；所述焊接电源10和工件11之间连接有电参数测量仪17。
[0036]
框架：是整个设备的固定机构，下面固定于地面，焊丝导向、力传感器、绳子、送丝盘固定于框架，形成一个整体；
[0037]
工件：是焊接的工件，在焊接过程中，工件进行旋转，模拟焊接速度；
[0038]
焊丝：具有一定刚性的柔性线状金属丝，焊丝穿过框架、送丝机外壳(非送丝轮)时，并不接触；
[0039]
焊丝导向装置：连接于框架上，用于焊丝的传导方向控制，防止焊丝在进入送丝管和焊枪前出现阻力；
[0040]
送丝机：送丝轮固定于送丝机内部，内装马达驱动送丝轮转动，通过摩擦力，将焊丝从送丝盘拉出，并将其送入送丝管和焊枪；
[0041]
焊丝速度测量v1和v2：用于测量两个送丝速度，v1布置于送丝机附近，用于测量焊丝刚出送丝机的速度，v2布置于电弧附近，用于测量末端焊丝速度，由于焊丝在送丝管内会有摩擦力、震动等阻力，会导致v1和v2送丝速度不同；
[0042]
力传导杆：一端固定于送丝机，另一端接触力传感器，将包括焊丝的阻力(焊丝通过摩擦力转导给送丝轮，送丝轮与送丝机一体)、焊丝转向轮和送丝盘旋转阻力一起传导给力传感器；
[0043]
力传感器：一端固定于框架，另一端接触力传导杆(力感应侧)，接收来自力传导杆所有力，并将力数据实时传递给计算机；通过预设焊丝转向轮和送丝轮转动阻力，最终获得实时的送丝阻力(忽略送丝机在液体运动阻力)；
[0044]
送丝盘：固定于框架，用于存放焊丝环绕于送丝盘中，可以绕轴自由旋转；当送丝轮带动焊丝向送丝管送进时，送丝轮会随之旋转释放焊丝。
[0045]
绳子15：坚固的柔性绳子，上端固定于框架，下端固定于送丝机，用于悬挂送丝机，目的是让送丝机可以自由摆动。力传感器：一端固定于框架上的支柱，另一端接触力传导杆(力感应侧)，接收来自力传导杆所有力，并将力数据实时传递给计算机；通过预设送丝辊轮
转动阻力，最终获得实时的送丝阻力(忽略风阻)。
[0046]
信息处理系统：连接电参数测量仪、力传感器、焊丝速度测量v1/v2，间隔一定时间采集一次，可以图示化输出，如图3所示。共可输出焊丝速度v1曲线、焊丝速度v2曲线、送丝速度v1和v2速度差曲线、电流i曲线、电压u曲线、送丝阻力f曲线共6条曲线，通过曲线跳动可直观判断电弧稳定性。
[0047]
本发明中，装有送丝辊轮的送丝机尽可能不受外力干扰，在阻力方向即焊丝送进方向上不对或尽可能小对送丝机施加作用力，送丝机与力转导杆硬连接，力传导杆与力传感器相连。当送丝机进行送丝时，焊丝会在收到阻力，这个阻力通过焊丝就会反作用于送丝机，力转导杆会将将其传导至力传感器，力传感器即时对其采集。
[0048]
本发明可以准确采集焊接过程中电流、电压、送丝速度和送丝阻力，通过采集上述数据，发明了一种焊接稳定性算法，通过该算法可以定性的分析焊接过程中的稳定性，为提高焊接质量奠定基础。
[0049]
作为优选的技术方案，如图2所示，所述送丝管16在靠近送丝机5的速度测量点位置开口裸露出焊丝4，并设有一组与焊丝4配合的滚轮a18，测速仪a3测量滚轮a18的转速；所述送丝管16在靠近焊枪导电嘴9的速度测量点位置开口裸露出焊丝4，并设有一组与焊丝4配合的滚轮b19，测速仪a3测量滚轮b19的转速。测速仪连接这两个滚轮，焊丝向前送进时，焊丝带动滚轮转动，测速仪测滚轮的转速，换算成焊丝的送丝速度。
[0050]
本发明同时公开了一种用于测量焊丝的焊接稳定性的方法，照时间输出具体的测量数据，并对所得数据进行处理。包括步骤如下：在同一段时间内，计算测速仪a和测速仪b测出的速度差，算出速度差的标准差(体现焊丝的震动程度)；计算电流i的标准差(体现电参数稳定程度)；计算送丝阻力的平均值(体现焊丝的表面状态、强度等状态)，计算送丝阻力的标准差体现送丝的稳定程度)，并通过加权计算获得焊接稳定性s。
[0051]
具体步骤如下：
[0052]
1、在同一时间点上i，焊丝的速度差vi；vi＝v
i1-v
i2
；其中，v
i1
:在i时间上，测速仪a测量的焊丝速度；v
i2
:在i时间上，测速仪b测量的焊丝速度；
[0053]
计算出焊丝的速度差的标准差v
σ
；
[0054][0055]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；在这段时间从(0到n)的平均速度；
[0056]
2、计算电流的标准差i
σ
：
[0057][0058]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；ii:在i这个时间点的电流；在这段时间(0到n)的平均电流；
[0059]
3、计算送丝阻力的平均值
[0060]
[0061]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；fi:在i这个时间点的阻力；
[0062]
4、计算送丝阻力的标准差f
σ
：
[0063][0064]
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；fi:在i这个时间点的送丝；在这段时间(0到n)的平均送丝阻力；
[0065]
5、计算焊接稳定性s：
[0066][0067]
其中，ω1、ω2、ω3、ω4:分别是焊丝速度差波动、电流波动、送丝平均阻力、送丝阻力波动对焊接稳定性的影响权重。焊接稳定性s的值越大，焊接过程越稳定，反之越不稳定，且s与送丝速度、电流、送丝阻力波动以及送丝阻力成反比关系。通过本发明的计算方法，可以获得焊接稳定性的参数；利用稳定性参数，可以表达焊接的稳定性。
[0068]
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统，其特征在于：包括框架(1)、送丝盘(2)、焊丝(4)、送丝机(5)、力传导杆(6)、支柱(14)、力传感器(7)、焊枪导电嘴(9)和焊接电源(10)，所述框架(1)上固定连接有支柱(14)和焊丝导向装置(8)，支柱(14)上固定连接有力传感器(7)，力传导杆(6)的一端固定连接在送丝机(5)的右侧壁上，力传导杆(6)的另一端抵接在力传感器(7)上；送丝盘(2)上的焊丝(4)沿水平方向送入送丝机(5)的送丝辊轮(12)中，穿过送丝辊轮(12)的焊丝(4)通过焊丝导向装置(8)后再与焊枪导电嘴(9)相连接；所述焊丝导向装置(8)和焊枪导电嘴(9)之间的焊丝(4)外套装有送丝管(16)，在靠近送丝机(5)的位置设有测速仪a(3)，用于测量焊丝刚出送丝机的速度，靠近焊枪导电嘴(9)的位置设有测速仪b(13)，用于测量末端焊丝速度；所述焊接电源(10)和工件(11)之间连接有电参数测量仪(17)。2.根据权利要求1所述的用于测量焊丝的焊接稳定性的系统，其特征在于：所述的送丝机(5)为绳浮结构，所述的送丝机(5)为绳浮结构，送丝机(5)通过绳子(15)悬挂在框架(1)上。3.根据权利要求2所述的用于测量焊丝的焊接稳定性的系统，其特征在于：所述送丝管(16)在靠近送丝机(5)的速度测量点位置开口裸露出焊丝(4)，并设有一组与焊丝(4)配合的滚轮a(18)，测速仪a(3)测量滚轮a(18)的转速；所述送丝管(16)在靠近焊枪导电嘴(9)的速度测量点位置开口裸露出焊丝(4)，并设有一组与焊丝(4)配合的滚轮b(19)，测速仪a(3)测量滚轮b(19)的转速。4.一种采用如权利要求1所述用于测量焊丝的焊接稳定性的系统的方法，其特征在于：包括步骤如下：在同一段时间内，计算测速仪a和测速仪b测出的速度差，算出速度差的标准差；计算电流i的标准差；计算送丝阻力的平均值，计算送丝阻力的标准差，并通过加权计算获得焊接稳定性s。5.根据权利要求4所述的测量焊丝的焊接稳定性的方法，其特征在于：步骤如下：(1)、在同一时间点上i，焊丝的速度差v
i
；v
i
＝v
i1-v
i2
；其中，v
i1
:在i时间上，测速仪a测量的焊丝速度；v
i2
:在i时间上，测速仪b测量的焊丝速度；计算出焊丝的速度差的标准差v
σ
；其中，n:在一段时间内的采集点的数量；在这段时间的平均速度；(2)、计算电流的标准差i
σ
：其中，n:在一段时间内的采集点的数量；i
i
:在i这个时间点的电流；在这段时间的平均电流；(3)、计算送丝阻力的平均值
其中，n:在一段时间内的采集点的数量；f
i
:在i这个时间点的阻力；(4)、计算送丝阻力的标准差f
σ
：其中，n:在一段时间内的采集点的数量；f
i
:在i这个时间点的送丝；在这段时间的平均送丝阻力；(5)、计算焊接稳定性s：其中，ω1、ω2、ω3、ω4:分别是焊丝速度差波动、电流波动、送丝平均阻力、送丝阻力波动对焊接稳定性的影响权重。

技术总结
本发明提供了一种用于测量焊丝的焊接稳定性的系统及方法，包括框架、送丝盘、焊丝、送丝机、力传导杆、支柱、力传感器、焊枪导电嘴和焊接电源，框架上连接有支柱和焊丝导向装置，支柱上连接有力传感器，力传导杆的一端连接在送丝机的右侧壁上，力传导杆的另一端抵接在力传感器上；在靠近送丝机的位置设有测速仪A，靠近焊枪导电嘴的位置设有测速仪B，焊接电源和工件之间连接有电参数测量仪。本发明的有益效果为：本发明采用实际焊接过程中测量可以体现测量值具有现实指导意义，将送丝阻力、电流波动、电压波动、送丝速度波动等综合起来评价焊丝的焊接稳定性，提供了一个可行且可丈量的指标，为提高焊丝的内在质量奠定基础。为提高焊丝的内在质量奠定基础。为提高焊丝的内在质量奠定基础。


技术研发人员：张亚奇 郭枭
受保护的技术使用者：中达科技（浙江）有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/22