CN110560847B - 一种汽车车架焊接参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软件升级技术领域，提供了一种汽车车架焊接参数优化方：法，该方法包括如下步骤S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

S2、确定定频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂。提高了新能源汽车焊接可靠性，根据新能源汽车焊接的数学模型，以及相关的数据拟合算法从而优化了焊接参数，从而保证了焊接焊缝的质量，大幅度的减少了飞溅以及咬边现象。具有自学习功能的焊机，焊接过程中，保证了电流规整稳定，弧长伸缩节奏稳定，无断弧现象发生，从而降低了新能源汽车焊接成本。

Description

一种汽车车架焊接参数优化方法

技术领域

本发明涉及汽车焊接技术领域，提供了一种汽车车架焊接参数优化方法。

背景技术

汽车制造工艺流程复杂，传统的加工方法虽然已经比较成熟，但是车身结构复杂零件繁多、制造流程长、工艺装备复杂、生产能耗高、是行业共性问题。例如，通常一个白车身由400个左右冲压零件组成；此外，汽车生产制造需通过四道工序完成：零件成型、车身骨架焊接、车身喷涂、整车总装装配检测及路试工序；首先车身零件成型，如左侧围外板需要重型单动高速机械压力机(2400t-800t)和模具重量300吨-320吨(模具约1350万元)，因此造成了原材料消耗大、整车重量重等突出问题。

新能源铝合金框架车身技术可以克服传统钢制车身制造的这些限制。铝合金框架车身汽车需要专门的零件成型、车身骨架焊接、外覆盖件注塑和喷涂、整车总装装配检测及路试工序，相比传统的加工方法改进点是车身零件成型，同尺寸重量减轻40％，减少原材料消耗30％以上。

目前常用于新能源汽车铝合金框架连接的主要焊接方法有：交流钨极氩弧焊(TIG)和熔化极气体保护焊(MIG)。TIG焊由于采用交流电，钨极烧损严重，限制了所使用的焊接电流，而且熔深能力弱，只适用于薄件铝合金的焊接。MIG焊包括连续电流焊接和脉冲电流焊接。MIG焊时，焊丝作为阳极，可采用比TIG焊更大的焊接电流，电弧功率大，焊接效率高，故特别适合于中厚板铝合金的焊接。在铝合金MIG焊时，脉冲电流焊接优于连续电流焊接，它提高了铝合金焊缝金属的强度、塑性和疲劳寿命。为进一步提高电弧的稳定性、改善焊缝成形和增加熔深以及厚板铝合金的高效焊接。

双脉冲MIG焊是一种焊接质量很高的熔化焊方法，既能焊厚板，也能焊薄板，母材热输入量低，焊接变形小，能产生美观、高质量的鱼鳞纹焊缝。双脉冲广泛应用于表面焊缝，良好的间隙搭桥能力，可用于所有的钢和铝合金材料。双脉冲电弧引起的热输入变化可形成一致的鱼鳞纹状焊缝表面。间隙搭桥的能力也有所显著增强。

双脉冲MIG焊方法，焊接规范比较复杂，重要参数比较繁多，如强弱脉冲群的基值、峰值电流的大小和时间，强弱脉冲群的频率和占空比，以及送丝速度和焊接速度等，均直接影响着焊接过程的稳定性和焊缝成形。由于铝合金对焊接参数的匹配要求比较高，任何一个参数选择不合理都可能导致焊接效果急剧恶化。如何进行各项参数的合理匹配，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种汽车铝合金车架焊接参数优化方法，基于双脉冲焊接电流的数学建模对汽车车架焊接中的各项参数进行合理匹配，提高焊接质量，并降低焊接成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种汽车车架焊接参数优化方法，用于铝合金车架的焊接，所述方法具体包括如下步骤：

S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

S2、确定定频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂。

进一步的，在S2之后还包括：

S3、确定n₁与n₂的调节范围，10≤n₁≤35，0≤n₂≤20。

进一步的，确定强脉冲群的基值电流a及弱脉冲群的基值电流b之间的关系，即30A≤a-b≤70A，且10A≤b。

为了实现上述目的，本发明提供了一种汽车车架焊接参数优化方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

S2、确定变频模式下的最佳低频调制频率区间；

S3、确定变频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂。

进一步的，在步骤S3之后还包括：

确定最佳变量n₁与n₂的最佳辅变量，最佳辅变量为峰值电流c，最佳辅变量c辅助最佳变量n₁与n₂来拓宽焊接电流调节范围。

进一步的，在步骤S3之后还包括：

确定n₁与n₂的调节范围，10≤n₁≤35，0≤n₂≤20。

进一步的，最佳低频调制频率区间的获取方法是：

S21、采用不同低频调制频率对缝隙进行焊接，获得焊缝处鱼鳞纹片，选择鱼鳞纹片清晰均匀的低频调制频段一；

S22、获取低频调制频段一中各低频调制频率下的气孔发生率，将气孔发生率低的调制频率作为最佳频率区间。

进一步的，建立焊接电流及送丝速度的匹配曲线，基于该匹配曲线可以获取每个电流值对应的最佳送丝速度。

进一步的，匹配曲线的获取方法具体包括如下步骤：

S61、对电流进行大步距标定，生成初始化电流参数，对相邻的初始化电流参数采用Newton插值算法生成电流生成参数，初始化电流参数及电流生成参数组成电流标定参数；

S62、获取各电流标定参数对应的最佳送丝速度；

S63、基于各电流标定参数对应的最佳送丝速度，生成焊接电流及送丝速度的匹配曲线。

进一步的，电流标定参数对应的最佳送丝速度获取方法具体如下：

S64、对送丝速度进行大步距标定，生成初始化速度参数，对相邻的初始化速度参数采用Newton插值算法生成速度生成参数，初始化速度参数及速度生成参数组成送丝速度标定参数；

S65、基于选定电流值下的各送丝速度标定参数进行实验，获取实验效果最佳的送丝速度，即为选定电流值下的最佳送丝速度。

本发明实施例提供的汽车车架焊接参数优化方法具有如下有益效果：

(1)提高了电流调节效率，根据焊接特性和功率要求设定输出电流，通过数学模型以及参数拟合算法得到最佳一元化专家数据库，从而大大减少了脉冲电流的调节时间，实现脉冲电流的快速响应，提高电流调节可靠性；

(2)提高了新能源汽车焊接可靠性，根据新能源汽车焊接的数学模型，以及相关的数据拟合算法从而优化了焊接参数，从而保证了焊接焊缝的质量，大幅度的减少了飞溅以及咬边现象。具有自学习功能的焊机，焊接过程中，保证了电流规整稳定，弧长伸缩节奏稳定，无断弧现象发生，从而降低了新能源汽车焊接成本；

(3)解决新能源汽车焊接过程的不能实现电流的连续性变化的问题，脉冲群的基值电流按照一定规律进可调节，辅助以调节脉冲个数，并且考虑强弱脉冲群能量间落差，防止影响焊缝美观。

附图说明

图1为本发明实施例提供的定频模式下的汽车车身焊接参数优化方法流程图；

图2为本发明实施例提供的双脉冲焊接电流数学建模的示意图；

图3为本发明实施例提供的电流子函数f(x)与给定x的关系曲线图；

图4为本发明实施例提供的n₁＝10,n₂＝0条件下电流波形和焊缝宏观形貌，I＝58A，其中，4(a)为焊接电流波形，4(b)为焊缝宏观形貌；

图5为本发明实施例提供的n₁＝40,n₂＝20条件下电流波形和焊缝宏观形貌，I＝150A，其中，5(a)为焊接电流波形，5(b)为焊缝宏观形貌；

图6为本发明实施例提供的焊接电流为150A对应的小波滤波U-I图；

图7为本发明实施例提供的变频模式下的汽车车身焊接参数优化方法流程图；

图8为本发明实施例提供的气孔发生率与低频调制频率的关系曲线图；

图9为本发明实施例提供的不同低频调制频率焊缝宏观形貌照片，其中，9(a)的调制频率为2Hz，9(b)的调制频率为4Hz，9(c)的调制频率为5Hz，9(d)的调制频率为6Hz，9(e)的调制频率为7Hz，9(f)的调制频率为8Hz，9(g)的调制频率为10Hz，9(h)的调制频率为12Hz，9(i)的调制频率为17Hz,9(j)的调制频率为25Hz；

图10为本发明实施例提供的无基值协调焊接电流和脉冲个数变化曲线；

图11为本发明实施例提供的加基值协调焊接电流和脉冲个数变化曲线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的定频模式下的汽车车身焊接参数优化方法流程图，该方法用于铝合金车身的焊接，具体包括如下步骤：

S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

在本发明实施例中，结合双脉冲焊接电流波形对数学模型的构建进行说明，双脉冲模型设计具有一般性，其数学建模如图2所示，p表示单位脉冲时间，T为脉冲群周期，t₁表示一个脉冲群周期内强脉冲群的基值时间，t₂表示一个脉冲群周期内弱脉冲群的基值时间，n₁表示一个脉冲群周期内强脉冲群中的脉冲个数，n₂为一个脉冲群周期内弱脉冲群中的脉冲个数，a、b、c分别为强脉冲群基值电流大小，弱脉冲群基值电流大小，峰值电流大小，焊接过程中，弱脉冲群主要起到维弧、预热金属表面、稳定熔池的作用，强脉冲群主要起到控制熔池熔深作用。

针对双脉冲焊接电流波形模型，为便于计算举例，假设双脉冲低频调制频率f＝3.3Hz，则T_强＝T_弱＝T/2＝500/3.3ms，T_强、T_弱分别为一个脉冲群周期内的强脉冲群时间、弱脉冲群时间，单位脉冲时间取2ms，双脉冲焊接电流数学模型构建过程具体如下：

2×n₁+t₁×n₁＝500/3.3 (1-1)

2×n₂+t₂×n₂＝500/3.3 (1-2)

I＝3.3×((c×2+a×t₁)×n₁+(c×2+b×t₂)×n₂) (1-3)

其中，I为平均电流大小，综合(1-1)，(1-2)，(1-3)，可得：

S2、确定定频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂。

由式(1-4)可知，由于a、b、c不宜作为自变量，因此t₁、t₂成为了决定焊接电流大小的两个自变量，然而t₁、t₂焊接波形采集反馈的读取上存在不直观和视觉误差的问题，不仅影响了计算精度，同时也加大了设计的难度，故认为t₁、t₂不宜作为最佳的自变量。由于n₁、n₂与t₁、t₂存在一一对应的关系，同时n₁、n₂在试验波形反馈读取上方便直观，且n₁、n₂均为整数，由此可大大提高芯片的运算效率，更重要的是简化了专家数据库的编程，大大增强了程序的可读性。基于以上分析，试验选取n₁、n₂作为调节电流的自变量。

a、b、c不宜作为自变量的原因具体如下：焊接中在基值a和b参与调节之时，首先要保证基值电流能够起到维弧的作用。不同型号、不同丝径的焊材的维弧电流有所不同，一般来说，材质熔点越高、焊丝直径越大，相对应的所需维弧电流就越大。此外，在设计基值a和b参与调节的同时还需考虑是否影响强、弱脉冲群能量间的落差，一旦设计不合理，强、弱脉冲群能量的落差过于接近，直接导致的结果在工艺上的具体表现为焊缝的鱼鳞纹不明显，从而影响了焊缝的美观。峰值参数c参与调节要考虑熔滴过渡方式，在合理的范围内设计峰值参数c，保证其处在一脉一滴区域或者射流过渡区域，否则大大影响焊接的工艺效果。由于a、b、c不能随意取值，因此，不宜将a,b,c作为一个自变量。

在本发明实施例中，n₁、n₂可实现焊接电流的连续调节，其分析过程具体如下：若n₁、n₂逐渐加大，由(1-1)、(1-2)显而易见t₁、t₂逐渐减小，取电流的子函数f(x)，即单独取t₁或t₂来研究定频模式下焊接电流与t₁或t₂的关系，子函数f(x)即为焊接电流，x为基值时间t₁或t₂，子函数f(x)如下：

m为大于0的常数，则

∵m为a或b，均小于c，∴

即随着x逐渐减小，f′(x)也逐渐变小，即斜率变陡至某一位置时趋于稳定，电流I类似f(x)与基值时间x关系如图3所示，由此可知，通过合理给定强弱脉冲个数n₁、n₂的初始值，按照一定规律逐步加大n₁、n₂，则相对应t₁、t₂逐步减小，从而导致电流逐步增大，并且电流增大速度随着n₁、n₂变大而逐渐加快。基于此，此模型在理论上实现了焊接电流连续性可调。

在本发明实施例中，在步骤S2之后还包括：

S3、确定n₁与n₂的调节范围，其中10≤n₁≤35，0≤n₂≤20；

为实现小电流的双脉冲MIG焊的目的，令n₁、n₂取尽可能小的整数值。通过试验证明，n₂的最小取值为0也不影响正常焊接，故可定n₂＝0为初值，n₁值的选取要考虑诸多方面因素，在n₂确定的条件下，尽管双脉冲鱼鳞纹是由n₁以及强弱脉冲群其他众多参数所一起决定，但由于n₁影响权重最大，故n₁的选值不能太小，通过试验得出，n₁＝10可作为一个相对合理的初始值。n₁取值太小，则会严重影响到焊缝鱼鳞纹的清晰度；n₁值取大，很容易抬高最小焊接电流值，但随着脉冲个数的增加，脉冲个数比较密集，电流达到一定的大小的继续增加电流是一件困难且不符合实际的事情，因此对n₁与n₂的最大取值分别设置为35和20。

在本发明实施例中，关于固定低频调制频率条件下其他参数的选取，还要注意以下一些事项：

弱脉冲群的基值电流b的初始值要切合考虑到所选焊丝的维弧电流，针对本试验的1.2mm的4043型号的焊丝，通过试验得知，其基值维弧大约为10A，故b取值应在10A之上，且接近10A。

(2)辅助调节的强弱脉冲群的基值电流a与b存在一定的关系。首先，可以确定的是，a大于或等于b。但是，a要大于b多少才算合理，同时，这大于的部分值究竟是一个固定值还是可调量为佳，这些都是设计过程中必须考虑的问题。令x＝a–b，通过试验得知，x的值并不是固定不变的，其取值在30～70A是一个比较合理的经验范围

试验采用实验室研制的多功能数字化焊机，植入自行设计基于定频模型下的专家数据库程序。其中，双脉冲低频调制频率为2.5Hz，焊接电流范围为50～300A。试件尺寸为2～12mm纯铝板，采用Φ1.2mm 4043纯铝焊丝，保护气体为99.99％高纯氩气，气体流量为15L/min，焊丝伸出长度为12mm，平板堆焊。

试验采用焊接电弧动态小波分析仪采集焊接过程的电压、电流波形，并经小波滤波后显示U-I图。图4为n₁＝10,n₂＝0条件下电流波形和焊缝宏观形貌，I＝58A，图5为n₁＝40,n₂＝20条件下电流波形和焊缝宏观形貌，I＝150A，图6为焊接电流为150A对应的小波滤波U-I图。从小波分析仪采集的电流波形上看，随着给定电流逐渐增大，强弱脉冲群的脉冲个数也逐步增多，电流的峰值、基值逐步抬高，其结果是电流波形更密集，能量也逐步增大。

值得注意的是，在此数学模型下的专家数据库，随着送丝机上给定电流旋钮的增大，实际焊接电流不会出现到某一时刻减弱的时刻，从而保证了焊接电流逐步增大的稳定性和可靠性，实践上也证实了前文基于数学建模的数学推理是正确的。

图7为本发明实施例提供的变频模式下的汽车车身焊接参数优化方法流程图，该方法用于铝合金车身的焊接，具体包括如下步骤：

S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

在本发明实施例中，假设用户所需要的低频调制频率为f，则得到以下方程组：

2×n₁+t₁×n₁＝500/f (2-1)

2×n₂+t₂×n₂＝500/f (2-1)

I＝f×((c×2+a×t₁)×n₁+(c×2+b×t₂)×n₂) (2-3)

综合(2-1)、(2-2)、(4-3)可得：

从式(2-4)可以看出其和式(1-4)完全一致，在双脉冲波形其他参数不变的情况下，频率的改变并不影响电流大小的调节。由此可得结论：低频调制频率的调节并不影响双脉冲MIG焊的可调电流范围，从而为变频技术的推广使用实现了可能。

S2、确定变频模式下的最佳低频调制频率区间；

在本发明实施例中，最佳低频调制频率区间的获取方法是：

S21、采用不同低频调制频率对缝隙进行焊接，获得焊缝处鱼鳞纹片，选择鱼鳞纹片清晰均匀的低频调制频段一；

为便于比较不同低频调制频率下的焊接效果，既要保证自动行走机构具有同等的行走速度，也要保证在同等的焊接电流大小的条件下。在某种程度上，可视强脉冲群中脉冲个数n₁作为焊接电流的唯一自变量，焊接电流I随着脉冲个数n₁增大而增大。在n₁不变的情况下，低频调制频率越高，则焊接电流I越大。为实现不同频率条件下同等电流，f提高则相对应n₁则减小。

试验采用实验室自行研制的多功能数字化焊机，双脉冲低频调制频率为2～25Hz，焊接电流80A。试件为3mm铝板，采用Φ1.2mm ER4043铝硅合金焊丝，保护气体为99.99％高纯氩气，气体流量为15L/min，焊丝杆伸长为12mm，平板堆焊，自动行走机构行走速度40cm/min。

图9是在以上试验条件下，不同低频调制频率(2Hz、4Hz、5Hz、6Hz、7Hz、8Hz、10Hz、12Hz、17Hz及25Hz)依次对应的焊缝宏观形貌照片。从图中可以看出，当低频调制频率较低时，焊缝的鱼鳞纹片层宽度较宽，脉络清晰。随着双脉冲低频调制频率的提高，焊缝鱼鳞纹片层宽度逐渐缩小，在8Hz以上鱼鳞纹片层已经变得不太明显，到17Hz时候已经逐渐过渡到类似单脉冲MIG焊所有的精细条纹状纹路。

基于双脉冲MIG焊数学建模的变频设计，通过试验可以得到较为理想的不同频率对应的焊缝。从焊缝质量上来看，焊缝鱼鳞纹清晰均匀，在大跨度的变频条件下，图9焊缝的表现形式均极少出现飞溅以及咬边现象，焊缝光亮饱满。焊缝两侧具有明显的带状清宽，有效防止了氧化物杂质侵入熔融金属中。焊接过程中，焊接电流规整稳定，在低频调制频率变化跨度较大的情况下，弧长依然伸缩节奏稳定，无断弧现象发生。因此，基于此变频理论以及试验结果证明，双脉冲MIG焊数学建模的变频设计是行之有效的。

焊接过程中，随着低频调制频率增大，噪声从柔和逐渐过渡到尖锐。同时，在试验过程中发现，在低频调制频率太高的情况下，焊接过程对焊接工作者和送丝机的动态响应能力提出了更高的要求，某种程度上影响了焊接过程的稳定性。此外，低频调制频率越高，焊缝的鱼鳞纹越不清晰。因此，基于以上三个方面的分析，过高的低频调制频率的双脉冲焊接不建议使用。

S22、计算低频调制频段一中各低频调制频率下的气孔发生率，将气孔发生率低的调制频率作为最佳频率区间。

气孔作为铝合金焊接过程最棘手的问题之一，通常作为指标用于判定焊缝质量的好坏。为了防止气孔发生，一般要求高纯度焊接气氛以及合理的焊接参数。低频调制型脉冲MIG焊接方法有规律的震荡熔池，能明显降低气孔发生率，同时不必增加附属设备，效果极佳。低频调制型脉冲MIG焊接方法的气孔发生率远低于一般的脉冲MIG焊接。但是，低频调制频率不是越高越好，在低频调制频率到达一定程度之后，进一步增高反而会减弱对熔池的搅拌作用，气孔发生率则会增长，如图8所示。因此，设计不同的低频调制频率，找出激发熔池共振，便于熔池中的气体逸出，抑制气孔效果最佳。

S3、确定变频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂；

在变频模式下，将强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂作为最佳变量的理由与定频模式下最佳变量的选择理由相同。

S4、确定n₁与n₂的调节范围，其中10≤n₁≤35，0≤n₂≤20，变频模式下的n₁与n₂的调节范围与定频模式下的n₁与n₂的调节范围相同。

在本发明实施例中，在步骤S4之后还包括如下步骤：

S5、确定最佳变量n₁与n₂的最佳辅变量，最佳辅变量为峰值电流c，最佳辅变量c辅助最佳变量n₁与n₂来拓宽焊接电流调节范围。

本发明选取脉冲时间为2ms，脉冲电流为250A为例。通过一定的规律调节n₁和n₂的值可以实现焊接电流从小电流到大电流的阶梯跳跃式的变化，然而却不能实现电流的连续性变化，如图10所示。

为解决此困难，试验基于脉冲群的基值电流a和b的按照一定规律进行连续性可调节变化，辅助调节脉冲个数n₁和n₂变化。值得注意的是，在基值电流a和b参与调节之时，首先要保证基值电流能够起到维弧的作用。不同型号、不同丝径的焊材的维弧电流有所不同，一般来说，材质熔点越高、焊丝直径越大，相对应的所需维弧电流就越大。

此外，在设计基值电流a和b参与调节的同时还需考虑是否影响强、弱脉冲群能量间的落差，一旦设计不合理，强、弱脉冲群能量的落差过于接近，直接导致的结果在工艺上的具体表现为焊缝的鱼鳞纹不明显，从而影响了焊缝的美观。

为适应设计焊接电流目标范围，仅仅通过调整脉冲个数n₁和n₂和基值a和b会遇到瓶颈问题，即到达一定程度后，通过此四个参数调整已经很难继续拓宽焊接电流范围的上限和下限。为了实现目标的焊接电流范围，可以考虑让峰值参数c参与焊接电流大小的调节。值得注意的是，峰值参数c参与调节要考虑熔滴过渡方式，在合理的范围内设计峰值参数c，保证其处在一脉一滴区域或者射流过渡区域，否则大大影响焊接的工艺效果。综合以上参数，可以有效地辅助调节n₁和n₂扩展焊接电流范围，从而实现了可连续性调节较宽范围焊接电流的目的，如图11所示。

双脉冲MIG焊由于参数的不同匹配有多种方式来实现对不同电流熔滴过渡的精准控制，主要有以下两种方式：一是通过调节单位周期内的峰值电流、基值电流的大小；另一种是通过调节单位周期内脉冲的占空比。为实现以上双脉冲参数配置，首要前提是保证对每一个脉冲的单位能量(即峰值电流大小和脉冲的时间)精准控制以实现一脉一滴或一脉多滴通常情况下，一脉一滴(ODPP)被认为是脉冲焊的最佳状态，而在实际生产过程中发现，射滴过渡的焊接状态也能产生高质量的焊缝。由于铝的一脉一滴强度范围比较宽，同时射滴过渡也能产生高质量的焊缝。

设计一种适用于定频模式及变频模式下的焊接电流和送丝速度的匹配曲线获取方法：

由于原始数据采集存在偶然误差，试验数据在二维平面上表现为一些离散的点，假若我们并不想研究其趋势的理论意义，而只是希望根据分散的数据获得统计上的合并效果，则可以用曲线拟合方法来逼近试验数据，从而获得焊接电流和送丝速度匹配的完整连续曲线图。基于此图，我们可以方便找出对应每个电流大小对应的送丝速度，建立一元化数据库。

MATLAB曲线拟合工具箱界面是一个可视化的图形界面，具有强大的图形拟合功能，包括：(1)可视化地展开一个或多个数据集，并可用散点图来表示；(2)用残差和置信区间可视化地估计拟合结果的好坏；(3)通过其他界面可以实现许多功能：输出、查看平滑数据，比较拟合曲线和数据集等。MATLAB提供了两种图形窗口，一种是基本的拟合界面，另一种是曲线拟合工具，基本拟合界面操作简单，可以做较为简单的曲线拟合，而曲线拟合工具功能强大，适用于各种复杂模型的曲线拟合。

曲线拟合的一元化专家数据库是通常所说的“静态数据库”，如果遇到电子元器件参数不一致或者其他异常情况的发生，自身的处理能力不强。因此，细化数字化焊机送丝速度与给定电流匹配可采纳局部牛顿插值算法。牛顿插值算法具有逐步递推特性，同时引入了均差的概念，因此，牛顿插值算法可看作工程应用上较佳的自适应算法。焊接电流及送丝速度的匹配曲线获取方法具体如下：

S61、对电流进行大步距标定，生成初始化电流参数，对相邻的初始化电流参数采用Newton插值算法生成电流生成参数，初始化电流参数及电流生成参数组成电流标定参数；

S62、获取各电流标定参数对应的最佳送丝速度；

S63、基于各电流标定参数对应的最佳送丝速度，生成焊接电流及送丝速度的匹配曲线。

在本发明实施例中，电流标定参数对应的最佳获取方法具体如下：

S64、对送丝速度进行大步距标定，生成初始化速度参数，对相邻的初始化速度参数采用Newton插值算法生成速度生成参数，初始化速度参数及速度生成参数组成送丝速度标定参数；

S65、基于选定电流值下的各送丝速度标定参数进行实验，获取实验效果最佳的送丝速度，即为选定电流值下的最佳送丝速度。

(1)将送丝速度按产生属性分为三类：初始化参数(用标识符0标识)、实际保存参数(用标识符1标识)、生成参数(用标识符2标识)。初始化参数就是大步距标定的参数；实际保存类是在使用过程中保存的良好焊接参数；生成参数是通过Newton插值算法自动生成的参数。

(2)大步距标定完成后，已有参数全都是0类参数，其它参数存储为空，基于Newton插值算法自动生成生成参数，用2标识。当调节至初始化参数(如155A)时，此参数合适或者经微调后合适(合适是指焊纹最佳)，可以将它保存为1类参数，如果不适合，则保留0类参数属性。当调节至生成参数(如120A)时，如果此参数合适或者经微调后合适，可以将它保存为1类参数，并覆盖原来的2类参数。

(3)后续使用中，当调节至未标定参数点时，按照“1类→0类→2类”的优先级顺序选取计算点，采用局部Newton插值算法自动生成2类参数，如果参数合适或者经微调后合适，可将它保存为1类参数。

值得注意的是，在局部插值过程中插值参考点的选择。根据焊接参数的相关性，在选择局部插值参考点的时候，应采用以下原则：

(1)就近原则。对于某插值点x，选择的局部插值参考点应该是能搜索到的离它最近的有效点，因为这些点和x的相关性最强。

(2)优选原则。选择的局部插值参考点优先考虑1类属性参数，如果没有1类属性的参数点则选择0类参数，最后考虑2类参数。因为1类参数包含的有效信息最多，2类参数是自动生成的，包含的有效信息是未经确认的，如果再用它来作参考点，会将这种未经确认的信息繁衍下去，降低插值点的有效性。

本发明实施例提供的汽车车架焊接参数优化方法具有如下有益效果：

(1)提高了电流调节效率，根据焊接特性和功率要求设定输出电流，通过数学模型以及参数拟合算法得到最佳一元化专家数据库，从而大大减少了脉冲电流的调节时间，实现脉冲电流的快速响应，提高电流调节可靠性；

(2)提高了新能源汽车焊接可靠性，根据新能源汽车焊接的数学模型，以及相关的数据拟合算法从而优化了焊接参数，从而保证了焊接焊缝的质量，大幅度的减少了飞溅以及咬边现象。具有自学习功能的焊机，焊接过程中，保证了电流规整稳定，弧长伸缩节奏稳定，无断弧现象发生，从而降低了新能源汽车焊接成本；

(3)解决新能源汽车焊接过程的不能实现电流的连续性变化的问题，脉冲群的基值电流按照一定规律进可调节，辅助以调节脉冲个数，并且考虑强弱脉冲群能量间落差，防止影响焊缝美观。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车车架焊接参数优化方法，用于铝合金车架的焊接，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

S2、确定定频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂；

其中，p表示单位脉冲时间，T为脉冲群周期，t₁表示一个脉冲群周期内强脉冲群的基值时间，t₂表示一个脉冲群周期内弱脉冲群的基值时间，n₁表示一个脉冲群周期内强脉冲群中的脉冲个数，n₂为一个脉冲群周期内弱脉冲群中的脉冲个数，a、b、c分别为强脉冲群基值电流大小，弱脉冲群基值电流大小，峰值电流大小；

在S2之后还包括：

S3、确定n₁与n₂的调节范围，10≤n₁≤35，0≤n₂≤20；确定强脉冲群的基值电流a及弱脉冲群的基值电流b之间的关系，即30A≤a-b≤70A，且10A≤b。

2.一种汽车车架焊接参数优化方法，用于铝合金车架的焊接，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1、构建双脉冲焊接电流的数学模型，数学模型为

S2、确定变频模式下的最佳低频调制频率区间；

S3、确定变频模式下焊接电流连续调节的最佳变量，最佳变量为强脉冲群中的脉冲个数n₁及弱脉冲群中的脉冲个数n₂；

其中，p表示单位脉冲时间，T为脉冲群周期，t₁表示一个脉冲群周期内强脉冲群的基值时间，t₂表示一个脉冲群周期内弱脉冲群的基值时间，n₁表示一个脉冲群周期内强脉冲群中的脉冲个数，n₂为一个脉冲群周期内弱脉冲群中的脉冲个数，a、b、c分别为强脉冲群基值电流大小，弱脉冲群基值电流大小，峰值电流大小；

在步骤S3之后还包括：

确定最佳变量n₁与n₂的最佳辅变量，最佳辅变量为峰值电流c，最佳辅变量c辅助最佳变量n₁与n₂来拓宽焊接电流调节范围。

3.如权利要求2所述汽车车架焊接参数优化方法，其特征在于，在步骤S3之后还包括：

确定n₁与n₂的调节范围，10≤n₁≤35，0≤n₂≤20。

4.如权利要求2所述汽车车架焊接参数优化方法，其特征在于，最佳低频调制频率区间的获取方法是：

S21、采用不同低频调制频率对缝隙进行焊接，获得焊缝处鱼鳞纹片，选择鱼鳞纹片清晰均匀的低频调制频段一；

S22、获取低频调制频段一中各低频调制频率下的气孔发生率，将气孔发生率低的调制频率作为最佳频率区间。

5.如权利要求2所述汽车车架焊接参数优化方法，其特征在于，建立焊接电流及送丝速度的匹配曲线，基于该匹配曲线可以获取每个电流值对应的最佳送丝速度。

6.如权利要求5所述汽车车架焊接参数优化方法，其特征在于，匹配曲线的获取方法具体包括如下步骤：

S61、对电流进行大步距标定，生成初始化电流参数，对相邻的初始化电流参数采用Newton插值算法生成电流生成参数，初始化电流参数及电流生成参数组成电流标定参数；

S62、获取各电流标定参数对应的最佳送丝速度；

S63、基于各电流标定参数对应的最佳送丝速度，生成焊接电流及送丝速度的匹配曲线。

7.如权利要求6所述汽车车架焊接参数优化方法，其特征在于，电流标定参数对应的最佳送丝速度获取方法具体如下：

S64、对送丝速度进行大步距标定，生成初始化速度参数，对相邻的初始化速度参数采用Newton插值算法生成速度生成参数，初始化速度参数及速度生成参数组成送丝速度标定参数；

S65、基于选定电流值下的各送丝速度标定参数进行实验，获取实验效果最佳的送丝速度，即为选定电流值下的最佳送丝速度。

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