基于焊接电参数采集分析的焊接质量预测系统(5)
1.3.1 短路过渡概述
一个短路过渡周期主要分为四个阶段：燃弧向短路过渡阶段、短路阶段、短路向燃弧过渡阶段、再燃弧阶段。
短路过渡焊接过程是一个周期性的变化，熔滴的过渡过程如下：
在燃弧期间，电弧析出的热量和电阻热使焊丝母材熔化，焊丝顶端逐渐熔化，在焊丝端部形成熔滴并逐渐长大，相应的电弧长度变短，燃弧时间的增长使弧柱区的温度升高，电导率也增加，此时电弧电压下降，进而发生短路，短路开始瞬间，电弧电压急剧下降。在短路后期电弧电压又急剧上升，液态金属小桥发生爆断，飞溅大多就在此刻产生，当爆断发生后，电弧电压急剧上升，进入下一个燃弧周期[27]。
图1.3.1为短路过渡参数示意图，图中t1为燃弧时间，该时间对焊丝和母材的加热及合金元素的燃损都有着重要影响。t2为短路时间，短路和燃弧间隔时间t3和最大焊接电流是由电源特性和焊丝直径所决定的，它们都将影响焊接过程的稳定性。
图1.3.1 短路过渡参数示意图
CO2气体保护焊短路过渡的电弧电压、焊接电流中蕴含着诸如短路过渡频率、瞬时短路次数、燃弧短路时间、燃弧功率、爆断功率、电压峰值、电流峰值、上升段电流变化率等多种信息，对其综合分析可反映引弧质量、飞溅程度、气体流量稳定程度、送丝稳定程度、焊炬高度变化、导电嘴磨损情况等若干问题[28]。
1.3.2 喷射过渡概述
脉冲熔化极气体保护焊是一种重要的焊接方法，具有熔滴直径小、过渡频繁等特点，在航天航空、造船等领域有着广泛的应用[29]。进行脉冲MIG焊焊接时，焊接电流中的基值电流阶段主要用来预热焊丝，形成熔滴，脉冲电流阶段主要用于使熔滴迅速长大，使熔滴能够达到滴落的条件，然后熔滴会根据电流值的大小在脉冲电流阶段或基值电流阶段发生滴落。脉冲电流是决定脉冲能量的一个重要参数。为了使熔滴实现喷射过渡，其值必须大于产生喷射过渡的临界脉冲电流。临界脉冲电流值不是固定的，它随着脉冲持续时间tp的增加而降低；反之，随着这两个参数的减小而增大。脉冲电流影响着焊缝的熔深，在其他参数不变的情况下，熔深随着脉冲电流的增大而增大[30]。
恒压焊接具有弧长自动调节的能力，使得在要求电弧稳定的CO2气体保护焊中得到广泛应用。对于恒压过程的控制本质上是对平均电压的控制，具体上是对平均电流的调节，通过调节平均电流的大小来实现恒压[31]。
1.4 本课题研究内容
本课题来源于国防基础科研项目，属于计算机辅助焊接制造（WCAM）和焊接检测（WCAT）相结合的应用领域。焊接电参数采集分析的焊接质量预测系统主要包括硬件和软件两部分,虚拟仪器中硬件的主要功能是获取被测信号,软件的作用是控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能。本课题研究内容主要针对电参数的分析和对焊接过程稳定性预测，采用电弧电压和焊接电流为信号源，利用虚拟仪器LabVIEW为试验平台，提取焊接过程的信息，通过设计的数据分析模块分析焊接质量。
具体研究内容：
（1）针对熔化极气体保护焊过程，研制开发焊接过程实时信息采集分析系统，实现虚拟示波器软件系统的建立。能够在线显示焊接过程中的电流电压波形、数据及在线分析结果；能够离线查看历史焊接过程的电流电压波形、数据及离线分析结果。
（2）利用信号分析技术对所采集的电流电压信号进行分析处理，以获得电流/电压/短路概率密度分布图，瞬时能量，U-I相图等特征参数。
（3）在对电流电压分析的基础上，利用多种可靠的分析方法对焊接过程的稳定性进行评价，并给出焊接过程稳定性的评价结果。