[发明专利]用于表面张力过渡短路焊接的改善的方法

说明书

技术领域

本文描述的发明一般地涉及这样的方法，所述方法用于进行针对焊接过程的改善的焊珠(weld bead)缩窄(necking)检测，所述焊接过程包括表面张力过渡短路焊接。

背景技术

在消耗焊条弧焊中，已认可的操作模式中的一种是短路模式，其中电源供应器跨消耗焊条或焊丝以及焊珠要被沉积到其上的工件连接。当电弧被创建时，焊条的端部熔融来形成悬于焊条上并且朝向工件延伸的熔融金属的球状团。当该熔融材料的团变得足够大时，其弥合(bridge)焊条和工件之间的空隙，以导致短路。在那时，焊条和工件之间的电压急剧下降，由此导致电源供应器增大通过短路的电流。这样的高电流是持续的并且实际上通过熔融团随着时间被增大。由于该短路电流继续流动，电箍缩使熔融团邻近焊丝端部的部分缩窄(neck down)。导致熔融焊丝缩窄的力与流过焊丝端部处的熔融金属的电流的平方成比例。该电子箍缩效应通过Northrup方程来解释：

G(dynescm2)=I2(R2-r2)100πR4]]>

其中I是电流，r是距焊丝中心的距离，并且R是缩窄部位的直径。在短路期间，存在对相对高的电流的需求。该高电流是合乎期望的来导致熔融团的缩窄部分快速形成为非常小的区域或缩窄部位，所述非常小的区域或缩窄部位最终如电熔丝般破裂，以将熔融球从焊丝分离并且允许其通过表面张力被吸引到焊池中。缩窄部位的这种破裂导致来自焊接过程的飞溅(spatter)。飞溅对焊接操作的总效率来说是有害的，并且要求在焊接操作结束之后邻近焊珠进行大量清洁。因为当缩窄部位或熔断部(fuse)破裂时流过焊丝或焊条到达工件的电流是相当高的，所以存在由缩窄部位破裂释放的惊人量的能量，所述能量增加飞溅的推进距离和飞溅的量。

如可见的，在短路电流和相应地减少飞溅和飞溅颗粒将会被推进的距离之间存在矛盾，所述短路电流应当是高的以有效地减少由电子箍缩造成的缩窄部位尺寸，但又应当是低的以减少熔断部破裂的能量。

已投入巨大的努力来限制当电弧通过悬于焊丝并且接合工件或焊池的金属球的缩窄部位或熔断部的破裂而被重新建立时的飞溅。首先，曾建议的是，减小焊丝的直径，即，使用1/32焊丝；然而，减少飞溅的该方案导致通常与使用小焊丝相关联的所有低效情况。例如，难以置放大量焊珠。随着焊丝直径增大来克服这些问题，飞溅也大幅增加。面对这一困境，曾建议的是，使用高频电源供应器，其中高频逆变器在短路状态期间或者在检测到重新起弧的预示(即，熔断部的吹动)时被切断。当高频电源供应器就在熔断部破裂之前被切断时，采用这样的开关，该开关被断开来在固态逆变器的输出振荡电路中设置电阻，用于电流的迅速衰减。该系统不适用于所有电源供应器并且是基于复杂逻辑控制系统的，该复杂逻辑控制系统实际上从短路被检测的时刻到在缩窄部位或熔断部的破裂之后电弧被重新建立的时刻形成电流曲线的形状。短路(或电弧形成)时电流的减少是通过调谐的衰减实现的。在将要吹动的缩窄部位或熔断部的检测方面，采用这一相同的衰减概念。预先选择的波形严重依赖于固态逆变器的输出振荡电路的前述衰减，这是严重的限制，特别是在减少破裂时候流过缩窄部位自身的电流方面。这样的预先选择的电流成形(shaping)是可适用于可以被内部切断的高频固态逆变器电源供应器的。利用通过与开关并联的电阻器形成的输出电路衰减中的大量感抗会是困难的并且不总是有保证的。因为直流焊接系统具有输出电感，所以降低飞溅的该衰减概念具有严重的实践弊端并且被附加地限于来自查找表的静态阈值或焊接人员基于设置状况(例如，线缆长度)和使用者调节的状况(例如，导电嘴到工件距离)的经验。