一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法技术

本发明专利技术公开了一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，涉及焊接工艺领域，利用了脉冲熔化极气体保护焊过程中每个周期内的短路初始电流作为表征弧长的参数，通过实际短路初始电流I0’

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法


[0001]本专利技术涉及焊接工艺领域，尤其涉及一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法。

技术介绍

[0002]熔化极气体保护焊具有熔覆效率高、成本低、易实现自动化等优点被广泛应用于实际焊接生产。脉冲熔化极气体保护焊是使用脉冲电流、电压波形，利用较高的峰值电流促进焊丝熔化与熔滴过渡，而基值阶段电流、电压较低，仅用于维持电弧的燃烧，从而能够在平均电流与电压不高的情况下实现平稳的熔滴过渡，同时维持较低的热输入。
[0003]本专利基于镍基合金的脉冲熔化极气体保护焊提出。镍基合金的表面张力大，黏度高，焊接时熔敷金属铺展困难，易产生侧壁未熔合与根部未焊透等缺陷。为达到较好的焊接效果，通常采用短弧焊接镍基合金，利用短弧下电弧集中、电弧作用力大的特点改善熔池铺展，并增大母材熔化量，以消除未熔合与未焊透缺陷。
[0004]由于镍基合金表面张力大，焊接过程中熔滴不易脱离焊丝，在短弧下焊接会产生短路。短路下短路液相桥在电阻热作用下迅速升温，内部金属剧烈汽化产生爆破，会导致短路液柱爆断，形成大量飞溅并破坏焊接的稳定性。理想情况下的短弧脉冲熔化极气体保护焊的短路过渡周期如图1所示：基值阶段，熔滴悬垂在焊丝端部，电流较低维持电弧燃烧(图1
‑
(a))；电流上升阶段，焊丝熔化，熔滴长大(图1
‑
(b))；峰值电流阶段，在较大等离子流力与电磁收缩力作用下熔滴向熔池过渡并产生缩颈(图1
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(c))；随后在电流下降阶段熔滴继续向熔池靠近，与熔池接触形成短路，此时已产生明显缩颈(图1
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(d))；在缩颈处电流密度高，短路液相桥在此断裂，理想状态下短路电流较低，液相桥断裂后不产生飞溅，从而实现平稳的短路过渡(图1
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(e))；液相桥断裂后重新起弧，随后恢复基值阶段，熔滴悬挂在焊丝端部(图1
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(f))。基于专利《一种镍基合金熔化极气体保护焊焊接波形控制方法》(公开号：CN110369838A)，在短路发生后抑制短路电流，可以降低飞溅产生并减少对焊接稳定性的破坏。但需注意在脉冲熔化极气体保护焊的短弧焊接中，除短路电流控制外，弧长也是影响焊接质量的重要因素。
[0005]通常短路发生在电流下降阶段，当短路发生后，使用基于CN110369838A专利的短路电流控制方法将短路电流维持在较低值，以减少飞溅的产生。但是，该技术无法改变弧长对短路初始电流以及对短路液相桥形态的影响。弧长对脉冲熔化极气体保护焊的影响如图2所示。图2展示了不同弧长下短路发生时刻所对应的短路初始电流。从图2可见，弧长L下，弧长相对较长，短路发生时短路初始电流I0相对较低，且短路发生时熔滴已产生明显缩颈。在该条件下，细长的短路液相桥容易断裂，且可避免飞溅的产生，获得较高焊接稳定性。而图2中，弧长L
’
下，弧长过短，即L
’
<L。弧长的缩短使得短路发生的时间提前，因此短路初始电流I0’
显著增加，容易导致大量飞溅的产生。此外，弧长过短，熔滴接触熔池时来不及产生明显缩颈，短路液相桥更粗，不易断裂，会导致短路时间增加，短路能量积聚后易产生更剧烈的爆断产生大量飞溅并破坏焊接稳定性。因此，在短弧脉冲熔化极气体保护焊中，需要严
格控制弧长以获得合适的短弧。实际生产中希望短路发生在电流下降至接近基值电流，以获得较低的初始短路电流，从而避免短路造成的负面影响。此外，焊接过程中需要保持弧长的稳定，以实现较高的焊接稳定性。
[0006]脉冲熔化极气体保护焊中，由于短路通常发生在短路下降阶段，因此短路初始电流与弧长之间存在相互关联：弧长越长，短路初始电流越低；弧长越短，短路初始电流越高。本专利对焊接过程中的短路初始电流进行检测，根据短路初始电流进行弧长调控，并且加入反馈调节机制，不仅能够精确、快速、高效获得适合短路过渡的短弧，还能够维持弧长的相对稳定，在消除短路负面影响的前提下充分利用短弧的优势进行焊接。
[0007]弧长的调控可通过对焊接电压的调节实现：更高的焊接电压下可以获得更大的弧长；更低的焊接电压下所得弧长更短。目前的弧长控制方法通常是在焊前设定一个给定的电压，以对焊接电弧长度进行调整，但是该方法存在较大缺陷，不利于短路过渡下的弧长调控：
[0008]1.电压与弧长的关系复杂，为获得合适的弧长需要反复进行尝试，难以快速将电弧长度控制在理想范围内以消除短路负面影响；
[0009]2.弧长不仅与电压有关，还会受其他焊接因素影响，当改变焊接条件后，同样的电压可能对应不同的弧长，不利于快速获得合适的短弧；
[0010]3.通过焊前设定焊接电压的方式难以获得稳定的弧长，焊接过程中实际电压会发生一定波动，导致弧长产生一定的变化，弧长不稳定，不利于短弧下的焊接。
[0011]因此，本领域的技术人员致力于开发一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，可以对焊接电压进行自动调节，以实现弧长调控，通过合适的设定可高效、快捷获得合适的弧长，并能够通过反馈调节保持弧长的高度稳定性。

技术实现思路

[0012]鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何设定焊接电压调节依据并自动地调节焊接电压，并能够通过反馈调节保持稳定地控制焊接弧长。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、设置脉冲熔化极气体保护焊的基本参数；
[0015]步骤2、设置目标短路初始电流I0；
[0016]步骤3、设置一个初始焊接电压U0；
[0017]步骤4、检测脉冲周期内是否发生短路，若无所述短路产生，则在下个脉冲周期中减小弧长，并在下个脉冲周期中重复步骤4，直至出现所述短路；若脉冲周期中出现所述短路，则跳转至步骤5；
[0018]步骤5、对该脉冲周期内的短路初始电流进行测量，测量出该脉冲周期内的实际短路初始电流I0’
；
[0019]步骤6、比较所述实际短路初始电流I0’
与设定的所述目标短路初始电流I0，判断是否对所述弧长进行调节；若不需要调节，则从步骤4开始重复以上步骤；若需要调节，则需要进行步骤7；
[0020]步骤7、通过控制焊接电压对所述弧长进行修正，该步骤结束后，在下个脉冲周期
中再从步骤4开始重复。
[0021]进一步地，还包括短路初始电流容差M的设定步骤。
[0022]进一步地，步骤1中所述基本参数包括基值电流、峰值电流、基值持续时间、峰值持续时间和电流上升下降的速率。
[0023]进一步地，步骤2中所述目标短路初始电流I0实际上定义了理想弧长，在后续焊接过程中会自动调整所述弧长，最终使得相应所述弧长下焊接的所述实际短路初始电流I0’
与设定值I0接近，从而使实际的所述弧长接近所述理想弧长。
[0024]进一步地，步骤3中所述初始焊接电压U0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设置脉冲熔化极气体保护焊的基本参数；步骤2、设置目标短路初始电流I0；步骤3、设置一个初始焊接电压U0；步骤4、检测脉冲周期内是否发生短路，若无所述短路产生，则在下个脉冲周期中减小弧长，并在下个脉冲周期中重复步骤4，直至出现所述短路；若脉冲周期中出现所述短路，则跳转至步骤5；步骤5、对该脉冲周期内的短路初始电流进行测量，测量出该脉冲周期内的实际短路初始电流I0’
；步骤6、比较所述实际短路初始电流I0’
与设定的所述目标短路初始电流I0，判断是否对所述弧长进行调节；若不需要调节，则从步骤4开始重复以上步骤；若需要调节，则需要进行步骤7；步骤7、通过控制焊接电压对所述弧长进行修正，该步骤结束后，在下个脉冲周期中再从步骤4开始重复。2.如权利要求1所述的脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，其特征在于，还包括短路初始电流容差M的设定步骤。3.如权利要求1所述的脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，其特征在于，步骤1中所述基本参数包括基值电流、峰值电流、基值持续时间、峰值持续时间和电流上升下降的速率。4.如权利要求1所述的脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，其特征在于，步骤2中所述目标短路初始电流I0实际上定义了理想弧长，在后续焊接过程中会自动调整所述弧长，最终使得相应所述弧长下焊接的所述实际短路初始电流I0’
与设定值I0接近，从而使实际的所述弧长接近所述理想弧长。5.如权利要求1所述的脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法，其特征在于，步骤3中所述初始焊接电压U0为焊接过程中第一个脉冲周期内的焊接电压，所述初始焊接电压包括第一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：华学明，刘轶玮，李芳，张跃龙，蔡艳，沈忱，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：