第24卷第1期 焊接学报 VoL 24 20034 2 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITU TION February 2003 CO2气体保护焊表面张力的过渡 张光先,邹增大,尹海,李思海 (山东大学材料科学与工程学院,济南250061) 摘要:CO气体保护焊采用短路过渡,飞溅大、成形差。在研究CO2气保焊短路过渡 理论基础上,深入研究了表面张力过渡各个阶段参数与送丝速度的关系、焊按电压与液 桥缩径状态的检测方法。研究表明,在表面张力过渡区内存在一段失控区,增加了表面 张力过渡的不确定性。随着送丝速度的变化,熔滴过渡各阶段时间颢响液桥分断时的 表面张力过渡。依据表面张力过渡对电源特性的要求,提出了两种实现方案,逆变环节 控制和输出斩波控制,并指出仅采用道变环节实现表面张力控制的局限性,研究还表明 改变表面张力过渡区的电流值可改善过渡的稳定性。研究方案在实际中得到了验证 关键词:表面张力过渡;短路过渡;输出斩波控制;逆变环节控制 中图分类号:TG444文献标识码:A文章编号:0253-360X(2003)01·80-05 张光先 0序言 1表面张力过渡过程分析及改进方法 CO2气体保护焊具有高效节能的优点。但由于 CO2气保焊采用的是短路过渡形式,且焊丝的送给1.1表面张力过渡的波形及表达式 速度与熔池的输入能量无法独立调节,故造成飞溅 典型的表面张力过渡的电流波形如图12所 大成形差的缺点。许多学者提出了很多种解决问示,整个过渡过程分为短路前期(10~1)、短路中期 题的思路和方案,比较有成效的主要为以下两(1~12)短路后期(2附近)、表面张力过渡区(n2 类:(1)改进的短路过渡形式。降低短路初期电流 r3)、燃弧前期(r~t4)、燃弧中期(~ts)、燃弧 改善短路中期的电流波形,降低短路后期电流来降后期(15~16)、基值电流区(16~) 低飞溅,施加燃弧脉冲电流来改善焊缝成形。由于 液桥分断时的焊接电流值与燃弧脉冲电流值相关, 当短路电流发生变化时,易出现燃弧能量不均匀,产 生大颗粒熔滴,电弧的稳定性及焊缝成形仍较差,不 适合全位置焊接。(2)表面张力过渡形式。主要依 靠表面张力实现熔滴过渡,基本上消除了飞溅。燃 (a) Voltage waveform 弧电流初值与短路时的电流峰值不相关,燃弧能量 基本恒定。在短路前期、后期都在几个微秒内把电 二王二-1二 流降至约50A来减小飞溅。在燃弧期施加一个脉 冲电流,保持一定熔深、熔宽及均匀一致的熔滴。这 种焊接方法在西气东输管线打底焊取得良好效果 h1 此方法适用的范围较窄,例:中.2mm焊丝,焊接电 流在180A以上,以及在干伸长变化较大时,焊接飞 tt填b6与 溅量增加,焊接稳定性被破坏 图1表面张力过渡电流电压波形示意图 作者在分析表面张力过渡特点的基础上,采用 Fig 1 Current and voltage waveform 种新的方法,提高了对干伸长的适应性,扩展了低飞 of surface tension transition 溅焊接电流范围,在理论上和实际上都有一定意义 图1中:l为最低短路电流;1为基值电流;l2 收稿日期:2002-07-15 为短路起始电流;3为短路峰值电流;为燃弧峰值 参加本项研究工作的还有李中友 201994-2009chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhtp:/www.cnki.netCO2气体保护焊表面张力的过渡 张光先 , 邹增大 , 尹 海 , 李思海3 (山东大学 材料科学与工程学院 , 济南 250061) 摘 要 : CO2 气体保护焊采用短路过渡 ,飞溅大、成形差。在研究 CO2 气保焊短路过渡 理论基础上 ,深入研究了表面张力过渡各个阶段参数与送丝速度的关系、焊接电压与液 桥缩径状态的检测方法。研究表明 ,在表面张力过渡区内存在一段失控区 ,增加了表面 张力过渡的不确定性。随着送丝速度的变化 ,熔滴过渡各阶段时间影响液桥分断时的 表面张力过渡。依据表面张力过渡对电源特性的要求 ,提出了两种实现方案 ,逆变环节 控制和输出斩波控制 ,并指出仅采用逆变环节实现表面张力控制的局限性 ,研究还表明 改变表面张力过渡区的电流值可改善过渡的稳定性。研究方案在实际中得到了验证。 关键词 : 表面张力过渡 ; 短路过渡 ; 输出斩波控制 ; 逆变环节控制 中图分类号 : TG444 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 360X(2003) 01 - 80 - 05 张光先 0 序 言 CO2 气体保护焊具有高效节能的优点。但由于 CO2 气保焊采用的是短路过渡形式 ,且焊丝的送给 速度与熔池的输入能量无法独立调节 ,故造成飞溅 大、成形差的缺点。许多学者提出了很多种解决问 题的思路和方案[1 ] ,比较有成效的主要为以下两 类 : (1) 改进的短路过渡形式。降低短路初期电流 , 改善短路中期的电流波形 ,降低短路后期电流来降 低飞溅 ,施加燃弧脉冲电流来改善焊缝成形。由于 液桥分断时的焊接电流值与燃弧脉冲电流值相关 , 当短路电流发生变化时 ,易出现燃弧能量不均匀 ,产 生大颗粒熔滴 ,电弧的稳定性及焊缝成形仍较差 ,不 适合全位置焊接。(2) 表面张力过渡形式。主要依 靠表面张力实现熔滴过渡 ,基本上消除了飞溅。燃 弧电流初值与短路时的电流峰值不相关 ,燃弧能量 基本恒定。在短路前期、后期都在几个微秒内把电 流降至约 50 A 来减小飞溅。在燃弧期施加一个脉 冲电流 ,保持一定熔深、熔宽及均匀一致的熔滴。这 种焊接方法在西气东输管线打底焊取得良好效果。 此方法适用的范围较窄 ,例 : <1. 2 mm 焊丝 ,焊接电 流在 180 A 以上 ,以及在干伸长变化较大时 ,焊接飞 溅量增加 ,焊接稳定性被破坏。 作者在分析表面张力过渡特点的基础上 ,采用一 种新的方法 ,提高了对干伸长的适应性 ,扩展了低飞 溅焊接电流范围 ,在理论上和实际上都有一定意义。 收稿日期 : 2002 - 07 - 15 3 参加本项研究工作的还有李中友 1 表面张力过渡过程分析及改进方法 1. 1 表面张力过渡的波形及表达式 典型的表面张力过渡的电流波形如图 1 [2 ]所 示 ,整个过渡过程分为短路前期( t0～ t1 ) 、短路中期 ( t1～ t2 ) 、短路后期 ( t2 附近) 、表面张力过渡区 ( t2 ～t3 ) 、燃弧前期 ( t3～ t4 ) 、燃弧中期 ( t4～ t5 ) 、燃弧 后期( t5～ t6 ) 、基值电流区( t6～ t7 ) 。 图 1 表面张力过渡电流电压波形示意图 Fig. 1 Current and voltage waveform of surface tension transition 图 1 中 : I0 为最低短路电流 ; I1 为基值电流 ; I2 为短路起始电流 ; I3为短路峰值电流 ; I4为燃弧峰值 第 24 卷 第 1 期 2 0 0 3 年 2 月 焊 接 学 报 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDIN G INSTITU TION Vol. 24 No. 1 February 2 0 0 3