[发明专利]电弧焊接熔滴缩颈发生检测方法和缩颈发生后的控制方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及熔化电极气体保护焊接，尤其涉及一种电弧焊接熔滴缩颈发生检测方法和熔滴缩颈发生后的控制方法。

[背景技术]

图1所示是熔化极气体保护焊接时熔滴过渡处于短路过渡状态时电流、电压以及熔滴过渡的示意图。其中Ts表示电弧短路时间，Ta表示电弧燃弧时间，Iw表示焊接电流的瞬时值，Vw表示焊接电压的瞬时值，Pw表示焊接功率瞬时值，图1(b)表示一个熔滴过渡周期内的熔滴形态。下面参照图1进行说明。

时刻t1-t4之间是熔滴的短路过渡时期，如图1(b)中所示，熔滴2逐渐在焊丝1的端部形成并开始接触工件4。焊接电压Vw在短路开始的t1时刻迅速降低并保持在较低的值。在短路期间，焊接电流Iw首先被控制成保持不变，以保证熔滴2与工件4之间的润湿。经过一段时间之后，焊接电流Iw开始逐渐上升以形成电磁收缩力和电弧推力，促进熔滴缩颈2a逐渐形成，并向工件4快速过渡。在t3时刻，熔滴缩颈2b逐渐形成，直至t4时刻缩颈爆断，熔滴2完全脱离焊丝1的端部，电弧3重新形成。

上述缩颈形成时间很短，大约在几十微秒到几百微秒之间，焊接电流Iw因为真实电感或者电子电感的存在，不能发生突变而维持在较大的值，以保持较大的电磁推力，防止熔滴2在其它外力作用下过渡方向发生偏转。同时由于缩颈处电流通路横截面逐渐收窄，积累在缩颈处的能量瞬间增大，直至缩颈处因为过热或者气化发生爆断，该现象是产生焊接飞溅现象的主要原因之一。

现有技术通过判断熔滴过渡时的缩颈形成，区分熔滴过渡过程从短路状态重新回到燃弧状态，并借此切换焊接系统的控制方式，以获得更佳的焊接质量。因为电流是熔滴短路过渡时的控制对象，因此现有方法主要通过检测电压判断缩颈形成。缩颈在逐渐形成时，电流通路的横截面积逐渐减小，导致电流通路电阻增加。因为在缩颈形成的极短时间内，电流变化较小，因此电流通路电阻的增加即表现为焊接电压瞬时值Vw的增加，直至缩颈断裂，电极压降和电弧空间重新形成。简单的判断焊接电压瞬时值Vw是否大于某临界电压值即可判断熔滴过渡过程从短路状态重新回到燃弧状态。另一种判断缩颈形成的方法是通过硬件检测电路或者微处理器计算焊接电压Vw的变化率，当Vw的变化率大于某一临界值时认为缩颈形成，熔滴过渡过程开始从短路状态向燃弧状态切换。与前述方法相比，由于加入了电压检测的微分环节，因此增加了缩颈判断的预见性，可以提前控制电流以降低飞溅发生的机率。

由于在焊接电压Vw的检测回路中加入了为滤除来自焊接系统内部和焊接系统外部干扰以获得平滑波形的滤波电路，因而不可避免的引入了较大延时，因此使用上述第一种方法判断缩颈形成，在判断焊接电压Vw高于某一临界值并据此切换焊接系统控制方法时，缩颈已经电爆炸并形成较大飞溅。

上述第二种方法通过加入微分环节，判断焊接电压Vw的变化率，预判了缩颈的产生，补偿了检测延时带来的影响，并依此对焊接电流进行控制，降低了缩颈期间电爆炸的概率，减少了飞溅。但此方法忽略了焊接电流Iw的影响。在熔滴短路过程中，为了加快缩颈形成的进度，或者为了调节不同位置焊接时的电弧力，常常需要控制不同的电流斜率，在该电流斜率与短路等效电阻的共同作用下得到焊接电压Vw的变化率。如图2所示，焊接电流Iw发生突变而短路等效电阻不变时，即电流通路横截面积并未很大发生变化时，焊接电压变化率Vw(图中A部位)依然可能超过用于判断缩颈形成的临界值，从而造成误判断，影响熔滴的正常过渡。

缩颈电爆炸的实质是能量在缩颈上迅速累积，超过一定值后迫使缩颈断裂或者气化，造成飞溅。因此检测并控制该能量可以满足缩颈判断的要求，并改善焊接过程中能量在短路和燃弧状态下的配比。现有技术没有办法直接检测和控制短路到燃弧转换过程中的能量，因此可能造成误判或者焊接能量分配不佳。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种能够准确判缩颈发生，以降低飞溅发生率的电弧焊接熔滴缩颈发生的检测方法。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种缩颈发生后的控制方法，以抑制熔滴短路过渡到电弧重新燃弧转换时因为电爆炸产生的飞溅。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种电弧焊接熔滴缩颈发生检测方法，在电弧焊接时，通过实时检测焊接电流和焊接电压，计算焊接瞬时功率和焊接瞬时功率变化率，当瞬时功率变化率超过某一临界值时，判断缩颈发生。