[发明专利]大电流CO2焊接过程中的熔滴定时强制短路过渡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于熔化极气体保护焊接方法，尤其涉及一种大电流CO₂焊接过程中的熔滴定时强制短路过渡控制方法。

背景技术

在熔化极气体保护焊接(GMAW)中，无论是CO₂弧焊，还是MAG焊接、MIG焊接，熔滴过渡是影响焊接稳定性的重要因素。专利87103550.2提供了控制短路型焊接系统的方法和装置，焊接电流使焊丝在短路状态和电弧状态中间变化，在短路状态期间发生金属转移，从而相应地减少飞溅并且减少溅洒颗粒飞溅的距离。专利200410034849.7提供了用于降低短路过渡气体保护焊飞溅的方法和系统，使短路液桥在小电流的条件下柔顺过渡，降低焊接飞溅。专利200810063890.5同样提出的是涉及短路电弧焊接中使用的焊接电源装置的输出控制方法。但是，以往的研究表明，短路过渡条件下降低焊接飞溅的方法，在非短路过渡的条件下并不适用。例如：φ1.2焊丝，焊接电流在200A以上，熔化极气体保护焊接特别是CO₂焊接，熔滴呈排斥状，已经不是短路过渡的状态，由于无法通过检测短路过渡电弧来准确切换焊接电流、控制熔滴过渡频率，因而带来焊接稳定性差、焊接飞溅大等问题。

传统的气体保护焊接系统由焊接电源、送丝装置、气体保护焊枪等构成。在小于极值电流的低焊接电流区域，焊接过程处在短路过渡状态下，熔滴与熔池接触形成短路液柱，通过控制短路电流使短路液桥在较小的爆破力下破断，同时伴随着较小的飞溅。但是在极值电流附近区域，即焊接电流较大、电弧电压较高时，焊接过程处在含有瞬时短路过渡的排斥颗粒过渡状态下，焊接飞溅量最大。通常在极值电流附近区域的气体保护焊接，尤其是φ1.2焊丝、200A～280A的CO₂焊接，这是工业上应用最普遍的焊接规范，恰恰存在焊接飞溅最大、焊接质量最难以控制的问题。

究其原因，这主要是由于在极值电流附近区域的非短路过渡时，焊接电流较大、电弧电压较高，熔滴不再有规律的发生短路，电弧对熔滴产生排斥作用，熔滴在重力和随机变化的表面张力、电磁力、阳极斑点压力的作用下，随电弧飘摆，以自由飞落形式过渡。焊丝端头长大的熔滴在排斥力的作用下被急剧抬起，其重心高于短路液桥的位置，同时由于焊接电流通过该短路液桥产生较大爆破力，该液滴发生旋转沿非轴线方向飞出，会引起大颗粒飞溅。在这种随机性的排斥颗粒过渡状态下，熔滴的运动失去规律、失去稳定，是很难控制的。

为了解决以上问题，近年来在气体保护焊接领域应用的脉冲MIG焊接和脉冲MAG焊接系统，通过一脉一滴或一脉多滴的熔滴过渡的控制，稳定了射滴过渡过程。但是这种焊接方法可调节的焊接参数区域很窄，控制系统复杂，仅仅适用于MIG焊接(熔化极惰性气体保护弧焊接)或MAG焊接(活性气体保护弧焊接，85％氩气和15％二氧化碳的混合气体保护)，不能适用于应用最广泛的CO₂气体保护焊接。所以，在MIG焊接、MAG焊接及控制难度最大的CO₂气体保护焊接中，如何直接准确的控制熔滴的作用力、控制熔滴的尺寸和过渡时间，一直是气体保护焊接领域里关心的难题。

一般来说，对于非短路过渡气体保护焊接，金属熔滴受到的作用力越有规律、形成熔滴的尺寸越一致、熔滴过渡的时间和频率越恒定，越有利于获得稳定的焊缝成形和降低焊接飞溅。那么，由此产生的问题是：在非短路过渡气体保护焊接过程中，如何克服金属熔滴受到的随机的排斥力，提高熔滴尺寸的一致性，提高熔滴过渡的时间和频率的一致性，以获得良好的焊接效果。

发明内容

在大焊接电流的CO₂焊接过程中，熔滴呈排斥状，熔滴过渡的随机性和分散性，每个熔滴的过渡过程都不相同，预置电流波形难以跟每个熔滴过渡过程同步和适应，在波形控制中缺乏短路液桥收缩状态的准确检测，电流控制缺乏依据，因而带来焊接稳定性差、焊接飞溅大等问题。本发明针对这一问题，提供一种大电流CO₂焊接过程中的熔滴定时强制短路过渡控制方法，为进一步的实现更好的波形控制策略提供必要条件。

在传统熔化极气体保护焊中，熔滴是在重力、表面张力、电弧力(主要包括电磁收缩力、等离子流力、斑点力等)、熔滴爆破力以及电弧的气体吹力共同作用下进行过渡的。本发明的大电流CO₂焊接过程中的熔滴定时强制短路过渡控制方法基于对影响熔滴过渡的各种作用力进行控制的思想，对上述影响熔滴过渡的作用力基础上主动加入焊丝正反运动对熔滴产生的机械力，强制熔滴进行短路过渡，进而实现对焊接过程进行精密控制。