[发明专利]一种短路过渡CO2焊同步脉冲磁场控制的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于一种焊接电磁控制技术领域，特别涉及一种外加纵向同步磁场控制短路电弧熔滴过渡形态和过渡过程的焊接方法。

背景技术

CO₂气体保护焊自20世纪50年代问世以来，以其成本低、高效节能、操作简单、便于实现自动化而倍受关注。但是CO₂焊由于熔滴过渡形式多以短路过渡为主，在施焊过程中存在飞溅大、焊缝成形差两大缺点。这不仅造成了焊丝大量熔化却熔敷率较低的浪费问题，而且大量的飞溅也导致了繁重的后续清渣工作，为实际生产带来了极大的不便。而且这两大缺点还限制了短路过渡CO₂焊在较大电流中厚板方面的进一步应用。为了解决飞溅和成形差的问题，人们从多方面进行了探索。从焊接材料及保护气方面看，虽然通过采用含有稀土（REM）微量元素或K、Na、Ba等活化元素的药芯焊丝或应用CO₂与Ar或者CO₂与Ar、He及O₂的混合保护气体（T.I.M.E.焊）虽然改善了电弧形态，取得了降低飞溅的效果，但是却失去了CO₂焊固有的经济特点，焊接成本被大大增加。而在焊接设备方面，采用表面张力过渡（STT）、控制液桥过渡（CBT）或冷金属过渡（CMT）等波形控制技术取得了很好的效果，适于细丝薄板焊接，但始终没有解决根本矛盾，即液桥收缩过渡需要较大的电流，而减少飞溅希望较小的液桥电流，尤其在中等电流、电弧电压较高时熔滴呈现非轴向排斥过渡，飞溅增大的问题一直没能根本解决。为了更好的实现CO₂焊熔滴平稳顺利过渡，国内外学者进行了大量研究，其中外加磁场就是一种有效方法。外加磁场不仅可以控制电弧形态和运动过程，对熔滴的形态、尺寸及过渡频率，液态金属的流动和结晶过程、内部晶粒组织尺寸形态都有非常重要影响。目前磁控焊接技术通常采用调节磁场工艺参数的方法来实现外加磁场对CO₂焊接过程的有效控制。在国外，有文献报道了外加纵向磁场大小及极性对CO₂焊和MIG焊飞溅率的影响行为，其中当外加纵向磁场的大小为300Gauss且磁场极性为上N下S时，CO₂焊的飞溅被降至较低，而当磁场大小为500Gauss且极性为上S下N时，则MIG焊的飞溅较低，可见磁场的大小以及极性对于降低CO₂焊飞溅的影响行为是存在一定规律的。在国内，有学者用纵向磁场控制CO₂气体保护焊飞溅，在不同焊接工艺参数下进行了外加纵向磁场控制下的CO₂焊接实验，研究表明，在一定的焊接规范下，外加纵向磁场能有效地控制CO₂焊短路过渡中的焊接飞溅，获得较好的工艺效果，同时存在一个最佳的磁场范围，在这个范围内，磁场对飞溅的控制效果较好。但是上述外加磁场大多是基于恒定和无序引入方式，未考虑在短路过渡不同阶段施加不同强度或频率的磁场等问题，也不能保证磁场与每个熔滴过渡过程同步。另外，对于磁控装置必须具有宽广的外磁场参数调节范围，并能对其进行精细调节，现有装置不能充分满足上述要求。基于上述认识，本发明针对上述亟待解决的问题展开研究，提出一种外加同步磁场控制的思想，实现电磁控制从参数的粗糙调节到精确控制、从磁场的随机引入到有序控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在短路过渡CO₂焊熔滴过渡过程中包括燃弧熔滴形成段、熔滴短路及液桥形成段、缩颈及能量减小段在内的不同阶段通过施加不同类型的磁脉冲，以满足短路过渡不同阶段对不同电磁力的需要，尤其在小电流和中等电流下，能够通过施加同步磁场控制来促进熔滴的顺利快速过渡，实现降低飞溅、改善成形目标的同步磁场控制的装置及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于短路过渡CO₂焊同步磁场控制的方法，其特征在于：该方法是按照如下步骤进行：

（1）由CO₂逆变焊接电源输出经二次开发获得的拟采取的焊接电流波形及电弧电压波形；

（2）通过霍尔传感器检测由CO₂逆变焊接电源输出的电流脉冲，提取预置的焊接电流波形及电弧电压波形，获得短路过渡过程中包括燃弧熔滴形成段、熔滴短路及液桥形成段、缩颈及能量减小段在内的不同阶段的特征信息，作为同步磁场发生装置预置同步激磁电流波形的依据；