CN107931811B - 电阻点焊熔核直径预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电阻点焊熔核直径预测方法，用于解决现有电阻点焊熔核直径预测方法实用性差的技术问题。技术方案是实时采集电极压力信号，进而建立熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，实现熔核直径的实时预测。采用安装于点焊机的下电极握杆与下电极之间的压力传感器对电极压力信号进行采集，传感器安装位置靠近被焊工件，减少了运动过程受力不平衡带来的影响，对焊接过程中电极压力实际变化情况进行精确测量，实时准确地反映金属的熔化量；采用熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，实现在线快速预测熔核直径；本发明能够预测可淬硬钢、低碳钢、不锈钢、铝合金等金属材料的熔核直径，实用性好。

Description

电阻点焊熔核直径预测方法
技术领域
本发明涉及一种电阻点焊熔核直径预测方法。
背景技术
电阻点焊接头强度主要取决于熔核直径。因此，预测熔核直径有利于监测点焊接头质量。
文献1“Study on the nugget growth in single-phase AC resistance spotwelding based on the calculation of dynamic resistance，Journal of MaterialsProcessing Technology,2016年第229卷,492-500页”公开了一种基于动态电阻理论的点焊熔核直径预测方法和预测模型。但这种方法局限于以低碳钢为代表的具有显著动态电阻变化特征的金属材料，无法对不锈钢及铝合金等无显著动态电阻变化特征的材料的点焊熔核直径进行预测。
文献2“申请公布号是CN101241001A的中国发明专利”公开了一种利用电阻点焊过程中电极位移特征值建立人工神经网络模型，在线监测铝合金电阻点焊熔核直径的方法。该方法虽然可以较为精确的监测熔核直径，但不适合有飞溅和板边距离较小的场合。
发明内容
为了克服现有电阻点焊熔核直径预测方法实用性差的不足，本发明提供一种电阻点焊熔核直径预测方法。该方法实时采集电极压力信号，进而建立熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，实现熔核直径的实时预测。采用安装于点焊机的下电极握杆与下电极之间的压力传感器对电极压力信号进行采集，传感器安装位置靠近被焊工件，可以有效减少运动过程受力不平衡带来的影响，对焊接过程中电极压力实际变化情况进行精确测量，实时准确地反映金属的熔化量；采用熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，可减少实时计算量，实现在线快速预测熔核直径；本发明基于热膨胀原理，可对可淬硬钢、低碳钢、不锈钢、铝合金等金属材料在连续点焊有分流或焊接过程出现飞溅情况下，预测熔核直径。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种电阻点焊熔核直径预测方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、用酸洗或机械打磨方法将待焊构件表面处理干净。
步骤二、在焊接过程中，利用点焊过程多信息测控系统采集焊接电流及电极压力信号。压力传感器安装在点焊机的下电极握杆与下电极之间。
步骤三、测控系统从焊接过程开始加压起每隔0.002s采集一次电极压力信号，焊接过程结束即对电极压力信号进行重现，获得电极压力的变化曲线。
步骤四、选取电极压力曲线上与焊接过程开始通电对应的点作为起始点，压力达到峰值作为终止点，并对起始点和终止点之间的压力曲线经过一元线性拟合后计算其斜率。
步骤五、将计算得到的斜率，代入通过大量试验建立的熔核直径与斜率之间的一元线性回归方程，计算获得熔核直径。
D＝0.149S+2.732
式中，D为熔核直径，S为压力曲线拟合后的斜率。
本发明的有益效果是：该方法实时采集电极压力信号，进而建立熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，实现熔核直径的实时预测。采用安装于点焊机的下电极握杆与下电极之间的压力传感器对电极压力信号进行采集，传感器安装位置靠近被焊工件，可以有效减少运动过程受力不平衡带来的影响，对焊接过程中电极压力实际变化情况进行精确测量，实时准确地反映金属的熔化量；采用熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，可减少实时计算量，实现在线快速预测熔核直径。
该方法基于点焊过程中，实际电极压力为给定焊接压力和焊接区金属因加热熔化体积膨胀对电极产生的反作用力的共同作用原理，通过实时采集电极压力信号，进而建立熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，实现熔核直径的实时预测。采用安装于点焊机的下电极握杆与下电极之间的压力传感器对电极压力信号进行采集，传感器安装位置靠近被焊工件，可以有效减少运动过程受力不平衡带来的影响，对焊接过程中电极压力实际变化情况进行精确测量，实时准确地反映金属的熔化量；采用熔核直径与电极压力变化曲线上升斜率之间的一元线性回归方程，可减少实时计算量，实现在线快速预测熔核直径；本发明基于热膨胀原理，可对可淬硬钢、低碳钢、不锈钢、铝合金等金属材料在连续点焊有分流或焊接过程出现飞溅情况下，预测熔核直径。该方法对熔核直径的预测精度≤±20％。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明电阻点焊熔核直径预测方法压力曲线斜率拟合示意图。
具体实施方式
以下实施例参照图1。
实施例1。30CrMnSi结构钢点焊熔核直径预测。
1.使用NA-200-4型单相交流点焊机。
2.将30CrMnSi结构钢试件(100mm×20mm×1.2mm；100mm×20mm×1.5mm)用纱纸打磨进行表面清理。
3.按照表1中参数进行两层板的三点连续搭接点焊，点焊间距为35mm。焊接过程中采集焊接电流和电极压力信号。
4.选取电极压力曲线上与焊接过程开始通电对应的点作为起始点，压力达到峰值作为终止点，并对起始点和终止点之间的压力曲线经过一元线性拟合后计算其斜率S。
5.将得到的斜率S代入D＝0.149S+2.732，获得熔核直径的预测值D。
6.在低倍测量显微镜下对熔核直径进行三次测量，取平均值作为测量值。计算预测值与测量值的误差，如表1所示。
表1 30CrMnSi结构钢点焊工艺参数及熔核直径预测值和测量值
实施例2。1Cr18Ni9Ti不锈钢点焊熔核直径预测。
1.使用NA-200-4型单相交流点焊机。
2.将1Cr18Ni9Ti不锈钢试件(100mm×20mm×1.0mm)用棉纱去除表面油污。
3.按照表2中参数进行两层板的三点连续搭接点焊，点焊间距为35mm。焊接过程中采集焊接电流和电极压力信号。
4.选取电极压力曲线上与焊接过程开始通电对应的点作为起始点，压力达到峰值作为终止点，并对起始点和终止点之间的压力曲线经过一元线性拟合后计算其斜率S。
5.将得到的斜率S代入D＝0.149S+2.732，获得熔核直径的预测值D。
6.在低倍测量显微镜下对熔核直径进行三次测量，取平均值作为测量值。计算预测值与测量值的误差，如表2所示。
表2 1Cr18Ni9Ti不锈钢点焊工艺参数及熔核直径预测值与测量值
实施例3。Q235低碳钢点焊熔核直径预测。
1.使用NA-200-4型单相交流点焊机。
2.将Q235低碳钢试件(100mm×20mm×1.0mm)用纱纸打磨进行表面清理。
3.按照表3中参数进行两层板的三点连续搭接点焊，点焊间距为35mm。焊接过程中采集焊接电流和电极压力信号。
4.选取电极压力曲线上与焊接过程开始通电对应的点作为起始点，压力达到峰值作为终止点，并对起始点和终止点之间的压力曲线经过一元线性拟合后计算其斜率S。
5.将得到的斜率S代入D＝0.149S+2.732，获得熔核直径的预测值D。
6.在低倍测量显微镜下对熔核直径进行三次测量，取平均值作为测量值。计算预测值与测量值的误差，如表3所示。
表3 Q235低碳钢点焊工艺参数及熔核直径预测值与测量值

Claims (1)

1.一种电阻点焊熔核直径预测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、用酸洗或机械打磨方法将待焊构件表面处理干净；
步骤二、在焊接过程中，利用点焊过程多信息测控系统采集焊接电流及电极压力信号；压力传感器安装在点焊机的下电极握杆与下电极之间；
步骤三、测控系统从焊接过程开始加压起每隔0.002s采集一次电极压力信号，焊接过程结束即对电极压力信号进行重现，获得电极压力的变化曲线；
步骤四、选取电极压力曲线上与焊接过程开始通电对应的点作为起始点，压力达到峰值作为终止点，并对起始点和终止点之间的压力曲线经过一元线性拟合后计算其斜率；
步骤五、将计算得到的斜率，代入通过大量试验建立的熔核直径与斜率之间的一元线性回归方程，计算获得熔核直径；
D＝0.149S+2.732
式中，D为熔核直径，单位mm，S为压力曲线拟合后的斜率。
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