低飞溅二氧化碳保护焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术用于减少二氧化碳保护焊接中的飞溅。利用脉动送丝中熔滴被焊丝有规律地推向熔池而过渡的特点，为了减少飞溅，不需要根据电弧状态，准确快速地切换电源，而只要在熔滴过渡发生前后的一段时间内使电流降低，使溶滴过渡必然发生在小电流区间，就可以达到目的。这样做使飞溅控制手段大为简化，又提高了控制的有效程度。这种控制方法不仅可以控制短路过渡，也可用于非短路过渡，因此特别合适于大电流高电压的焊接。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接设备，主要用于二氧化碳气体保护自动和半自动焊接。在二氧化碳焊接中，飞溅是一个非常讨厌的问题。为了减少飞溅，多年来，人们想出了各种办法。其中最主要的是降低电弧电压，使电弧长度尽可能地短，使熔滴有更多的机会以短路的方式过渡到熔池中去。但过短的电弧使母材受热不足，焊缝成形不良，窄而高。当需要用大电流进行焊接时，为了得到合适的焊缝成形，必需使用较高的电压，这时飞溅往往会达到难以容忍的程度。因此，一般情况下，CO2焊接多限于小电流、低电压、焊接薄板的用途。研究表明，CO2焊接时的飞溅主要发生在短路过渡两个危险的瞬间熔滴刚接触熔池的开始和电弧即将重新引燃的结尾。苏联《自动焊》杂志88.12沙拉也夫(CAPAEB)“CO2短路焊熔滴过渡的控制”一文详述了各种减少CO2焊接飞溅的方法。文中可看到所有方法的共同特点都是设法减少这两个危险瞬间的电爆炸能量。其办法是在短路刚开始和将结束两个瞬间把电流降低，而只在短路中间阶段允许较大的短路电流，以保证足够的电磁收缩力，促使熔滴液态金属迅速过渡到熔池中去。为了达到上述目的，需要对焊接电弧状态进行连续的检测，并在准确的瞬间快速地切换，使电流迅速变化。考虑到CO2焊接中熔滴过渡频率很高又无规律，整个短路过程历时仅若干毫秒，因此要准确地测出上述两个危险瞬间并足够快速地作出反应，需要非常复杂的电控设备，并且也往往不能完全奏效。而对于那些不造成短路的熔滴更是毫无办法。脉动送丝的出现为CO2焊接控制飞溅提供了新的可能。在脉动送丝中焊丝的运动是脉动的一送一停，而不像等速送丝中那样是恒定的。脉动的焊丝运动给焊丝一种新的过渡动力。短路时不需要电磁收缩力作为推动力。即使不短路，也会主动地冲向熔池中去。这样就有可能不必准确地检测电弧状态，而只要在熔滴发生过渡前后的一段时间内，始终把电流保持在低值，而在其他时间则维持大电流。这样做可以保证熔滴过渡过程必然发生在小电流区间，既大大地简化了控制手段，又提高了控制的有效程度。不仅可以控制短路过渡，也可以用于非短路过渡，因此特别适合于大电流高电压的焊接。一般的脉动送丝中，为了保证夹头可靠地夹持焊丝，从而保证焊丝可靠地送进，都是使主动夹头对固定不动的止退夹头作直线往复运动。苏联《自动焊》杂志80.1伏洛巴依(BOPOIIAM)“脉动送丝的电磁机构”一文选择了电磁铁作为送进动力，夹头放在送丝机的中部。当送丝阻力变化时，电磁铁送进焊丝的距离将发生改变，引起电弧不稳。而送丝过程中不可避免的铁末铜屑及油污又很容易把夹头堵塞住，使夹头不能可靠地夹持焊丝。焊丝打滑，送丝不稳，夹头也很快磨损。正是因为这些原因，脉动送丝并没有在生产中得到广泛的应用。本专利技术提出一种使主动夹头作近似直线运动的脉动送丝机，从而可使用简单可靠的由马达直接带动的曲柄摇杆四连杆机构来送进焊丝。夹头是开放型的，即使有铁末铜屑及油污也会被抛出去，不堵塞夹头，从而保证了夹头长期可靠地工作和送丝的稳定性。下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1为CO2焊接短路过渡过程图。图2为图1中ta瞬间发生飞溅图。图3为图1中tb瞬间发生飞溅图。图4为脉动送丝电弧燃烧过程图。图5为图4中送丝末期熔滴过渡过程图。图6为根据电弧电压讯号切换电流图。图7为根据马达送丝相位切换电流图。图8为光电讯号发生器示意图。图9为脉动送丝基本原理图。图10为曲柄摇杆四连杆脉动送丝机工作原理图。图11为夹头结构图。图12为测力夹头图。图13为调节曲柄长度的偏心套轴图。图14为偏心量调节图。图15为送丝步距测定图。图16为图15中的标尺结构图。图17为图15中的标尺工作原理图。图1是CO2焊接短路过渡过程。在电弧燃烧后期，焊丝末端的熔滴不断长大，电弧缩短，于是在ta瞬间与熔池相接触，电弧被短路。电弧电压u猛烈下降，而电流i迅速增加，如图上实线所示。在强大的短路电流作用下，焊丝与熔池间的液态金属不断变细，形成液桥。到最后tb瞬间，液桥被烧断，电弧重新点燃，过程重复进行，直到下一次再发生短路。研究表明，飞溅主要发生在短路的开始和结束，即图上的ta和tb两瞬间。图2表示了ta瞬间发生飞溅的情况。由于熔滴底部刚接触熔池，接触面积还很小，强大的焊接电流流过很可能把这个小接触点立刻烧掉。由此产生的金属蒸汽造成的强大爆炸力会猛烈地把熔滴从熔池表面推开，甚至使其脱离焊丝，以大颗粒飞溅的形式抛出去。在tb瞬间，如图3所示，熔池与焊丝间的液桥已变得很细，而短路电流已上升到很大值，于是液桥也会像保险丝那样爆炸，以大量碎颗粒的形式造成飞溅。图1中用虚线表示的电流波形表示控制两个危险瞬间减少飞溅的办法。在ta瞬间，根据检测到的电弧电压急降到甚低值的讯号，立刻使电流降低。经过一段很短的时间Ta，重新回到正常状态，于是短路电流急剧上升。到短路后期，又根据检测到的反映液桥即将破断的讯号(一般是这时液桥的电压由于液桥很细已不断上升，达到了某一临界电压，如图上的Ucr)，于是又一次切换电流，使液桥在一个很低的电流下平静地断开。等到过了一定的时间Tb，电弧稳定引燃后，才又恢复到正常状态。这样就形成了图上短路期间电流曲线出现两个低谷的现象。在短路期间，电流只能短时间切换到低值，大部份时间里都还必需保持足够的短路电流。这是为了使液桥得到足够的电磁收缩力，变细断开，这也就是熔滴的液态金属过渡到熔池中去不可缺少的动力。要是没有这个动力，那末随着焊丝的不断下送，液桥面积会反而变粗，电流的减少甚至会使液桥温度不断降低，短路过程一直继续下去，电弧的正常燃烧过程受到破坏。因此，尽管在一个短暂的短路阶段内要两次准确快速地切换电流是极其困难复杂的事，但也不得如此，这是等速送丝熔滴过渡的本质所决定的。图4表示了脉动送丝时电弧的燃烧过程。图中V表示送丝速度，u表示电弧电压，i电弧电流。马达旋转一周时，其中半周，图上的马达送丝相位(O-π)，焊丝是不动的。焊丝反烧，电弧被拉长，电弧电压在相当于马达送丝相位为π的t。瞬间达到最高。在以后的半周(π-2π)中，焊丝往下送进，送进瞬时速度类似电流半波整流曲线。这时电弧被缩短，熔滴向熔池靠扰。实验表明，焊丝的突然起动，会把熔滴带着一起加速。到送进末期，相当于图上送丝相位为2π时，虽然焊丝已停止前进，熔滴由于本身的惯性，仍会继续冲向熔池，好像是被焊丝“摔”到熔池中去的那样。图5表示了这种情况。这种因惯性造成的新的过渡动力，使熔滴过渡大大地减少了对电磁收缩力的依赖，对熔滴过渡极其有利。甚至即使不短路，熔滴也会主动脱离焊丝过渡到熔池中去。在图4上可以看到在送进末期，电弧最短，图上用实线表示的电流值最高。这种情况下，熔滴如接触熔池仍有可能被整个弹出。在短路最后阶段，液桥也可能发生猛烈爆炸，引起较大飞溅。考虑到熔滴所具有的主动飞向溶池的能力，因此完全可以在焊丝下降到最低点前的一定时间就切换电流，使电流降到低值。到最低点确实已经过去，过渡结束后的一定时间才恢复正常，像图上虚线所表示的电流波形那样。也就是说把焊丝最低点附近与过渡有关的前后区间都包括在电流切换范围内，使过渡一定发生在电流很小的时候。这样做使控制大为简化，不再要求极其准确快速，可以使用普通可控硅电源，而控制有效程度大大提高。在焊丝最低点前后切换电流可根据各种不同的讯号进行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低ＣＯ↓［２］焊接飞溅的控制装置，它在熔滴过渡期间，使电流降到低值，其特征是焊丝是脉动送进的，电流在过渡开始前一定时间就已降低为低值，到过渡结束后一定时间才恢复正常。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宝英，
申请(专利权)人：郑宝英，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]