82 焊接学报 第24卷 1.5.1 d 取样及分析 燃弧期间断弧 1.8燃弧中期(t4~t5) 式(7)得 在燃弧中期利用脉冲燃弧电流,产生一定熔深 d⊥⊥IR (8)和熔宽,并形成一定体积的熔滴,脉冲电流值在 出值实际反映R的值由于R=R1+R2+ 随着送丝速度的增加,单位长度上焊丝的能量 R3,当干伸长很短、回路电阻很小,即R1+R2的值则会降低,为了保证形成熔滴大小一致,燃弧中期输 入的能量相应增加,即4-t5包括面积相应增加。 与R3的值相比可以忽略时,d1可以反映IR3的1.9燃弧后期(tx~t 值,即液桥电阻状态。但实际中R1+R2的值与R 燃弧电流指数衰减至基值电流,以减轻对熔池 的值相比不可以忽略,此时业不能准确地反映液的冲击。调节衰减时间的长短,可以对燃弧中期的 桥状态IR3的值。 输入能量进行补充调节,即对熔宽、熔深、熔滴大小 进行补充调节 1.52d取样及分析 1.10基值电流阶段(t6~t) 短路时取样的电弧电压 焊丝基本上不熔化,等待下一次短路条件的产 U=IR=I(R1+ R2+ Ry) 生,基值电流太小,则易断弧、熔池流动性差、焊缝表 A=1AR+=R+R23R3+8a°滴过渡。 面不光滑成形差;基值电流太大,则基值阶段形成大 由于导线电阻及干伸长电阻值的变化率很小,即2具体电路实现 an+.所以1AL=1 反映 2.1主电路选择 了液桥的电阻变化率,即液桥的状态,由式(5)可知短路 主电路采用全桥移相谐振电路,逆变频率选择 中期液桥是由粗变细的过程,且在后期是加速过程,反30kH,输出电感采用饱和电感,电感量大于 映了液桥的电阻变大的加速过程 20μH,饱和时的电感值为3μH,饱和电流为70A 1.6表面张力过渡区(t2~t3) 主电路如图3所示 焊接电流降至约50A,主要依靠表面张力的作 用将液桥分断,判定液桥分断的条件是判定电弧是 否重燃。电弧电压大于某值(约13V),则认为电弧 k 重新燃弧,熔滴过渡过程完成。 Ly 当焊接电流降至50A左右到电弧引弧前,熔滴 实际上处于一种失控状态3,在不可控的表面张力 作用下熔滴完成过渡。在此过程中有许多干扰因素 干扰熔滴过渡的完成,干扰因素中主要包括:(1)液 桥的缩径是一个可逆过程,去掉电磁力后,若送丝速 度较快,液桥会重新变粗;(2)当焊接电流增加时,熔 图3主电路形式 池体积增加,熔池振动幅值増加而频率变低,由于熔 Fig 3 Ma in loop 池的涌动而导致液桥重新变粗 Q1,Q3为超前臂;Q2,Q4为滞后臂;C1,C3为超 为此在主电路上并联一附加电路附加电路在前臂电容:C2C为滞后臂电容:Cx为抑制环流电 表面张力过渡区提供一个可控的附加电流来补偿由容:Lx为变压器回路等效漏感;Lx为饱和电感;T 于以上两个因素造成的干扰。 为变压器;AB两端为输出。Q1Q3Q2,Q4采用移 1.7燃弧前期(t~t4) 相PWM(脉宽调制)工作方式来实现电流的闭环控 由于液桥断开,焊丝端头上的残存液态金属在制。由于输出电感很小,信号大幅度变化。主电路 表面张力的作用下回收,电弧重新引燃。如果回路可等效为滑模系统41,如图4所示。KP为电压增 中能量不足或电源电压太低,会引起引弧困难或在益系数;1/(R+SL/R)为主电路等效传递函数 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net1. 5. 1 d I d t 取样及分析 由式(7) 得 d I d t = 1 L E - IR L 。 (8) d I d t 值实际反映 iR 的值 ,由于 R = R1 + R2 + R3 ,当干伸长很短、回路电阻很小 ,即 R1 + R2 的值 与 R3 的值相比可以忽略时 , d I d t 可以反映 IR3 的 值 ,即液桥电阻状态。但实际中 R1 + R2 的值与 R3 的值相比不可以忽略 ,此时 d I d t 不能准确地反映液 桥状态 IR3 的值。 1. 5. 2 d U d t 取样及分析 短路时取样的电弧电压 U = IR = I( R1 + R2 + R3 ) d U dt = I 9 R 9t + R 9 I 9t = I 9 R1 9t + 9 R2 9t + 9 R3 9t + R 9 I 9t 。 (9) 由于导线电阻及干伸长电阻值的变化率很小 ,即 9 R3 9 t >> 9 R1 9 t + 9 R2 9 t ,所以 , d U d t ≈ I 9 R3 9 t , d U d t 反映 了液桥的电阻变化率 ,即液桥的状态 ,由式(5) 可知短路 中期液桥是由粗变细的过程 ,且在后期是加速过程 , 反 映了液桥的电阻变大的加速过程。 1. 6 表面张力过渡区( t2～ t3 ) 焊接电流降至约 50 A ,主要依靠表面张力的作 用将液桥分断 ,判定液桥分断的条件是判定电弧是 否重燃。电弧电压大于某值(约 13 V) ,则认为电弧 重新燃弧 ,熔滴过渡过程完成。 当焊接电流降至 50 A 左右到电弧引弧前 ,熔滴 实际上处于一种失控状态[3 ] ,在不可控的表面张力 作用下熔滴完成过渡。在此过程中有许多干扰因素 干扰熔滴过渡的完成 ,干扰因素中主要包括 : (1) 液 桥的缩径是一个可逆过程 ,去掉电磁力后 ,若送丝速 度较快 ,液桥会重新变粗 ; (2) 当焊接电流增加时 ,熔 池体积增加 ,熔池振动幅值增加而频率变低 ,由于熔 池的涌动而导致液桥重新变粗。 为此 ,在主电路上并联一附加电路 ,附加电路在 表面张力过渡区提供一个可控的附加电流来补偿由 于以上两个因素造成的干扰。 1. 7 燃弧前期( t3～ t4 ) 由于液桥断开 ,焊丝端头上的残存液态金属在 表面张力的作用下回收 ,电弧重新引燃。如果回路 中能量不足或电源电压太低 ,会引起引弧困难或在 燃弧期间断弧。 1. 8 燃弧中期( t4～ t5 ) 在燃弧中期利用脉冲燃弧电流 ,产生一定熔深 和熔宽 ,并形成一定体积的熔滴 ,脉冲电流值在 400 A 以上。 随着送丝速度的增加 ,单位长度上焊丝的能量 则会降低 ,为了保证形成熔滴大小一致 ,燃弧中期输 入的能量相应增加 ,即 t4 - t5 包括面积相应增加。 1. 9 燃弧后期( t5～ t6 ) 燃弧电流指数衰减至基值电流 ,以减轻对熔池 的冲击。调节衰减时间的长短 ,可以对燃弧中期的 输入能量进行补充调节 ,即对熔宽、熔深、熔滴大小 进行补充调节。 1. 10 基值电流阶段( t6～ t7 ) 焊丝基本上不熔化 ,等待下一次短路条件的产 生 ,基值电流太小 ,则易断弧、熔池流动性差、焊缝表 面不光滑成形差 ;基值电流太大 ,则基值阶段形成大 滴过渡。 2 具体电路实现 2. 1 主电路选择 主电路采用全桥移相谐振电路 ,逆变频率选择 30 kHz , 输 出 电 感 采 用 饱 和 电 感 , 电 感 量 大 于 20μH ,饱和时的电感值为 3μH ,饱和电流为 70 A。 主电路如图 3 所示。 图 3 主电路形式 Fig. 3 Main loop Q1 ,Q3 为超前臂 ;Q2 ,Q4 为滞后臂 ;C1 ,C3 为超 前臂电容 ;C2 ,C4 为滞后臂电容 ;CX 为抑制环流电 容 ; L X 1 为变压器回路等效漏感 ; L X 2 为饱和电感 ; T 为变压器 ; AB 两端为输出。Q1 ,Q3 ,Q2 ,Q4 采用移 相 PWM (脉宽调制) 工作方式来实现电流的闭环控 制。由于输出电感很小 ,信号大幅度变化。主电路 可等效为滑模系统[4 ] ,如图 4 所示。 KP 为电压增 益系数 ; 1/ ( R + SL / R ) 为主电路等效传递函数 ; 82 焊 接 学 报 第 24 卷