[发明专利]一种脉冲熔化极气体保护焊短路过渡的弧长控制方法

说明书

本发明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’与设置的目标短路初始电流I₀相比，判断实际焊接过程中弧长是否过长或短，从而通过控制焊接电压对弧长进行调控。本发明只需在焊前设定目标短路初始电流与容差，可以避免反复试验寻求最佳电压以获得合适弧长，利用短路初始电流作为参考，实现焊接电压的自动调节，能够快速、高效地获得合适的短路过渡弧长，且改变其他实验参数后仍能通过该方法高效获得合适的弧长。本发明引入了反馈调节机制，能够极大提高弧长的稳定性，从而提高焊接过程的稳定性。

技术领域

本发明涉及焊接工艺领域，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。

背景技术

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。

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。

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-(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-(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-(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-(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。

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。