全数字低飞溅焊机改善焊接品质 - 图文

全数字低飞溅焊机改善焊接品质

唐山松下产业机器有限公司（063020）王金忠 王玉松 尹兵

摘要：本文介绍了新型短路波形控制方法及最新低飞溅焊接控制技术。 关键词：低飞溅焊接 熔化极脉冲电源 1. 新型短路波形控制法

在以氩气为主体加入一部分CO2气体的MAG气体环境下，短路过渡焊接规范由于对母材的热输入较小且电弧稳定，可以说是一个使用非常方便的优秀焊接方法。但也存在着小颗粒飞溅多的课题。

另一方面，脉冲焊接虽然能够抑制飞溅的发生，但对母材热输入控制比较困难，在薄板以及带有间隙工件上进行焊接时容易发生焊穿、弧偏吹等令人头疼的问题。

松下公司将上述两种焊接方式的特长相结合开发出新的焊接方法，此方法称作新型短路波形控制法SP-MAG。

图1中展示的是以往的短路波形和SP-MAG短路波形的模式图。大家可以看到短路释放之后的电流重叠阴影部分。SP-MAG中当电弧再次燃起时通过此阴影部分的电流可以马上将能量重叠到电弧上加速焊丝端部的熔化形成熔滴。焊丝的端部能够尽早的形成完整熔滴，不仅能够保证下一次顺畅地短路过渡同时还可以缩短短路周期。 此新型短路波形控制法SP-MAG的特点如下：

1）通过和下面将要介绍的二次开关控制的相配合可实现飞溅的极小化。

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2）能实现稳定的短路周期并缩短短路周期，可调整出适合于高速焊接的电弧状态。 3）由于可降低电压使用，所以对母材的热输入容易控制。

二次开关控制技术早在十几年前就在我公司的产品上使用是一个成熟的技术，现通过图2波形进行简要说明。图2波形是将图1的短路波形扩大一周期时间的状态。

一般来讲大部分飞溅都是在电弧和短路交替切换瞬间发生的。从电弧向短路过渡在图2 A的时间里，最大的问题是微小短路的发生，由于微小短路有短路后迅速释放的特点，如果微小短路持续发生的话焊丝端部熔化形成的熔滴不会向熔池中过渡反而残留在焊丝侧，到下一次短路发生时由于电流的急剧增加容易出现类似于保险丝爆裂的大颗粒飞溅。因此当检测出焊丝熔池短路时马上停止逆变输出，同时关断二次开关使电流急剧降低，正如从短路到电弧过程时，控制不施加释放能量一样。

B的区间是保持低电流状态使焊丝和熔池能够充分短路，之后和通常波形控制一样提升电流促进短路释放。

当熔滴向母材熔池过渡时，在焊丝短路释放前C的时间里熔滴部分会发生中间变细的情况。这种现象我们称之为“细颈”。当发生细颈时，由于电流导通部的截面积变小电阻值发生急剧变化，可以预见短路的释放。短路释放时如果电流还保持高状态的话会出现

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所谓保险丝效应，也就是熔滴飞散形成飞溅。

因此，当检测出发生细颈时马上停止逆变输出，同时再次关断二次开关使电流急剧下降防止保险丝效应出现，通过此方式使短路到电弧能够顺畅过渡将飞溅的发生抑制到最小限度。

从实际产品上看控制周期为10微秒速度很快，通过我公司独创的细颈检测算法基本实现了100%的细颈检测率，而且通过和上述的SP-MAG顺畅短路过渡相配合所实现的效果可参照图3。图3展示的是普通MAG焊接和我公司现行全数字焊机350GR3相比较，在同样条件下的MAG焊接中，松下全数字焊机实现飞溅量减少到1/5~1/7。

2. 脉冲焊接和短路过渡焊接相结合的DIP-脉冲MAG焊接法

在以往的脉冲焊接中射流焊接状态能够减少飞溅的发生，但对母材热输入控制比较困难，在薄板以及带有间隙工件上进行焊接时容易发生焊穿问题。而且焊接速度变快时也会发生驼峰形焊道、咬边、弧偏吹等课题。为了防止这些问题的发生而不得不降低焊接电压，最终导致发生飞溅。

针对上面提到的脉冲焊接课题，作为一个解决方案我们研发出了将脉冲焊接和短路过渡焊接相结合的DIP-脉冲MAG焊接法，并且此焊接法已经反映到了实际产品中（如350/500AG2脉冲MIG/MAG焊机和400GE2全数字脉冲MIG/MAG焊机）。

此控制方式特点：弧长较长时，也就是在电弧电压高的基值期间，在不发生焊丝短路的状态下周期性地输出以往的脉冲波形，当弧长较短时，也就是电弧电压低的基值期间，当发生焊丝短路时输出和短路过渡焊接（Dip）相同的电流波形。

活用各自的特长，即使在弧长较短时也能够将飞溅发生量降低到实际能够接受的程度。以往的脉冲MAG焊接对应高速焊感到很困难，但通过此焊接方法的活用即使降低

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焊接电压也能够抑制飞溅的发生。 DIP-脉冲MAG焊接法的诞生将脉冲MAG的焊接适用范围迅速扩大，但为进一步提高生产效率我们研发出了以降低中~高电流领域飞溅为目的新型脉冲焊接控制方法。

通过正确控制短路发生时间将短路释放时的飞溅降低到最低极限的新型焊接控制方法。此新型控制方式可以说是进化的DIP-脉冲“HyperDip－脉冲”，通称HD-脉冲。而且，HD-脉冲MAG焊接在峰值期间到基值期间切换的时点上强制性地控制短路发生的同时，通过抬高短路时的电流倾斜波形使短路时间缩短实现短弧长焊接。

HD-脉冲MAG焊接是实现高频度短路次数的焊接控制法。相对于脉冲MAG焊接中的长弧、长宽焊缝，HD-脉冲MAG焊接为短弧、长窄焊缝。这一特点可抑制咬边焊接缺陷的发生，在提高焊接速度的同时还可实现高稳定性高品位的焊接。 此新型HD-脉冲MAG焊接的特点如下：

1）和SP-MAG相同通过和二次开关的相配合实现飞溅的极小化。

2）实现稳定的短路周期和短周期化，即使在脉冲焊接中通过短路过渡方式可适用于高速焊接。

3）可降低电压使用，容易控制对母材的热输入；咬边缺陷的抑制效果明显。 对于低合金钢、耐热钢、不锈钢、铝合金、镍合金、铜合金等材料的焊接，对于其中有一定板厚有一定间隙的工件焊接，可以说是最适合的波形控制法。 图 4为以往的脉冲MAG焊接和HD-脉冲MAG焊接的电流波形事例模式图。

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YM-400GE2全数字逆变脉冲控制MIG/MAG焊机

3、小结

3.1唐山松下与日本松下联合开发的全数字焊机应用新型短路波形控制方法及最新低飞溅焊接控制技术；创新采用脉冲编码送丝电机，送丝速度反馈控制;双CPU控制;精细的焊接参数数据且调节方便。全面提升了焊接电源的性能，具有极高的性能价格比。

3.2 唐山松下引进开发的YM-350/500AG2逆变脉冲熔化极气体保护焊机和YM-400GE2全数字逆变脉冲控制MIG/MAG焊机，具有脉冲焊接和短路过渡焊接相结合的DIP-脉冲MAG专利控制技术，具有三种电弧形态模式，微电脑自动优化选择最佳工艺参数配合，脉冲电流焊接时熔滴过渡始终处于可控射流（射滴）状态，实现无飞溅焊接，焊接效率高，焊缝成形好，焊缝及热影响区的组织和性能得到改善。

3.3采用脉冲焊机可以降低焊接电流，减小焊接热输入；可改善焊缝成型，并且焊接飞溅小，焊接电弧对熔池的搅拌作用能够减少焊接缺陷，同样规范下能够增加焊缝熔深，控制热输入量能够改善焊接接头的低温冲击韧性。 参考资料：

1. CO2焊接技术及应用

（哈尔滨工业大学出版社 1992年版） 2.焊接手册 第一卷 焊接方法及设备 （机械工业出版社 2001年版）

3. 松下全数字CO2/MAG气体保护焊机开发应用 （现代焊接工程 2006年第5期）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bjfh.html