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1、交流脈沖MIG焊接電弧及其控制
2、第1...第1杭爭翔，李利（沈陽工業(yè)大學，沈陽110023）摘要：在分析DCEPMIG焊及DCENMIG焊電弧行為的基礎(chǔ)上設(shè)計ACPMIG焊的控制模式。ACPMIG焊由EP極性及EN極性交替切換構(gòu)成。EN極性時只是基值電流，電弧在焊絲端存在跳動及上爬現(xiàn)象。隨著EN極性時間增加，焊絲端液體金屬聚集、直徑增加，顯示出EN極性電弧對焊絲的熔化作用。控制合適的EN極性時間及電流值，不形成熔滴過渡現(xiàn)象，焊接過程穩(wěn)定。EP極性時由基值時間及脈沖時間構(gòu)成，。脈沖電流時，電弧爍亮區(qū)呈現(xiàn)典型的鐘罩形爍亮
3、區(qū)，脈沖電流促使熔滴柔順過渡，能夠?qū)崿F(xiàn)一脈一滴控制效果。在一定的送絲速度及焊接速度的條件下，ACPMIG焊接鋁合金的焊縫熔深隨EN比率增加而減小。關(guān)鍵詞：交流；MIG；電弧；控制0前言交流MIG焊接工藝早就被提出并且有一些研究工作，比較近期的研究工作是雙凹形焊接電流控制方案，解決的主要問題是以交流電弧克服直流電弧的磁偏吹[1][2]。關(guān)于直流且焊絲為正（DCEP）的MIG焊的電弧物理、熔滴過渡特性及焊接工藝特性已經(jīng)有很多的研究工作。關(guān)于直流且焊絲為負（DCEN）MIG焊的電弧物理、熔滴過渡特性及焊接工藝特性的研究工作
4、也有一些[3]。DCEP脈沖MIG（PMIG）電弧穩(wěn)定，電弧力有利于熔滴過渡，電弧穿透力強，焊縫熔深大，焊接薄板時容易出現(xiàn)熔池下塌現(xiàn)象。DCENMIG焊由于焊絲是陰極，陰極斑點在焊絲端上下跳動，電弧穩(wěn)定性不好，電弧力不利于熔滴過渡，焊縫熔深淺，容易產(chǎn)生融合不良、凸焊道等焊接缺陷，不能穩(wěn)定焊接[3]。交流脈沖熔化極氬弧焊（ACPMIG）電弧由EP極性及EN極性構(gòu)成，可以看成是交替切換DCEPPMIG電弧及DCENMIG電弧形成的。合理利用DCEPPMIG及DCENMIG電弧的優(yōu)勢，設(shè)計ACPMIG焊接電弧的控制模式，保
5、證焊接電弧的穩(wěn)定性及熔滴過渡過程的穩(wěn)定性，保證焊接過程的穩(wěn)定性。切換DCEPPMIG與DCENMIG構(gòu)成的ACPMIG焊，其電弧力及電弧熱的特點應(yīng)該介于DCEPPMIG及DCENMIG之間，其焊縫熔深應(yīng)該介于二者之間，其最大的焊縫熔深是DCEPPMIG的焊縫熔深，這樣這種焊接工藝將有利于焊接薄板。隨著時代發(fā)展，應(yīng)產(chǎn)品輕量化要求，薄板特別是鋁合金薄板被大量應(yīng)用，其制造過程中有很多薄板需要電弧焊。焊接薄板時最容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題是熔池下塌。為此需要研究焊接熔池淺、焊接速度快的焊接工藝，穩(wěn)定焊接質(zhì)量的同時，提高焊接效率。另外
6、焊接薄板時焊接電流較小，電弧挺度弱，電弧容易受電弧磁偏吹的影響，ACPMIG交流電弧可以克服直流電弧的磁偏吹，有利于穩(wěn)定焊接過程及焊接質(zhì)量。1ACPMIG焊接電流波形控制模式圖1ACPMIG焊接電流波形控制模式圖1是ACPMIG正常焊接時的電弧電流波形控制模式圖。ACPMIG交流電弧由EP極性及EN極性構(gòu)成。EP極性電弧有利于熔滴過渡，EN極性電弧不利于熔滴過渡，所以熔滴過渡過程設(shè)計在電弧EP極性時間里。射滴過渡是最好的熔滴過渡形式，為了在較寬焊接規(guī)范下實現(xiàn)這種熔滴過渡形式，以電弧EP極性脈沖電流控制實現(xiàn)。在一個EP
7、極性時間里只有一個脈沖電流，控制脈沖電流Ip及脈沖時間Tp，實現(xiàn)一個脈沖過渡一個熔滴。一個交流周期時間TC內(nèi)，除脈沖時間Tp之外，其余時間均為基值時間（包括EP極性基值時間Tb1、Tb2，EN極性時間TEN。如圖所示，基值時間內(nèi)的電流值Ib1、Ib2、IEN要小，至少不能產(chǎn)生熔滴過渡現(xiàn)象。圖1表明，ACPMIG的脈沖頻率與交流頻率一致，亦稱交流脈沖頻率，熔滴過渡控制形式是一周一脈一滴。ACPMIG焊的主要參數(shù)是焊接電流，其次的參數(shù)是交流電流負極性比率EN％即EN極性電流在交流周期電流中的比率。ACPMIG焊的弧焊電源
8、用雙逆變弧焊電源，由80C196KC控制實現(xiàn)。2ACPMIG焊接電弧行為及熔滴過渡1－Ia140A/div，2－Ua32V/div,t50ms/div圖2ACPMIG焊接鋁合金的焊接電流電壓波形用自主研制的ACPMIG焊接設(shè)備進行焊接實驗。圖2是ACPMIG焊接鋁合金時的電弧電流波形。焊接實驗時，用Φ1.2mmAl－Si5鋁合金焊絲，焊接工件材質(zhì)LF6，氬氣流量9l/min，焊接速度0.380m/min。對應(yīng)圖2的ACPMIG焊接過程，進行高速攝像，攝像速度3000幅/秒。分析高速攝像圖片，研究ACPMIG焊接電弧行
9、為及熔滴過渡特征。圖3ACPMIG焊電弧形態(tài)高速攝像圖片圖4ACPMIG焊電弧EN極性時的高速攝像圖片圖5ACPMIG焊的連續(xù)高速攝像圖片圖3是ACPMIG焊電弧形態(tài)高速攝像圖片。圖3（1）是EN極性時的電弧形態(tài)圖片，仔細分析EN極性時的電弧形態(tài)，焊絲端側(cè)面存在電弧而呈現(xiàn)亮區(qū)，焊絲端側(cè)面的亮區(qū)并不是以焊絲軸線對稱分布，亮區(qū)沿焊絲端側(cè)面存在跳動現(xiàn)
