GMAW引弧过程的研究

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1、GMAW引弧过程的研究耿正哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001摘要：GMAW工作在射流过渡模式时町获得极低的焊接飞溅，但是在一些焊接应用却表现了较大的焊接飞溅量。研究结果表明，此时的焊接飞溅主要來口焊接引弧过程。通过G1AW焊接电流、电压波形及高速摄像图像的分析表明，从焊接引弧到稳定的射流过渡需要一定的时间，在未达到稳定射流过渡Z前的熔滴过渡形式为不规则的短路过渡与大颗粒过渡的混合，所以会产牛大量的焊接飞溅，即引弧过程是不稳定的过程。传统的GMAW焊机通过优化引弧参数可以在一定程度上改善引弧过程，但现有技术木质上的缺陷，制约了引弧

2、后焊接电流不能迅速提升到射流过渡所耍求的临界电流值，因此也就无法在引弧示快速达到射流过渡。针对上述问题，本文提出一种新型的电流主动控制式控制方法可以有效地控制GMAW引弧过程，在引弧后极短的时间内达到稳泄的射流过渡。该方法有效地降低了引弧过程中的焊接飞溅，显著地表现在降低粘着在焊枪喷嘴和导电嘴上的烬接飞溅。关键词：GMAW引弧射流过渡0前言由于GMAW具有低成本、高效率、易于口动化等优点，已经成为金属结构制造屮最广泛应用的连接工艺。尽管目前对GMAW•已冇相当深入的研究，但是GMAW•的引弧及其控制仍是一个薄弱环节。这一点在应用中也眾露出越來越多的问题，例如

3、，众所周知，射流过渡模式GMAW的焊接飞溅近乎为零，因此为制造业所广泛采用，然而在焊接应用中，一个令人疑惑和困扰的问题是：即使采用射流过渡，实际焊接飞溅量仍然比较人。分析结果发现：这些问题都是发生在短焊缝焊接应用中，如汽车制造及类似产品和大型金属结构装配中的大量点固焊缝。I大1弧过程中的焊接飞溅-直是制造业中备受关注的问题，此外，不稳定的引弧过程也导致焊接缺陷率上升。进一步的研究发现，射流过渡模式下GMAW的焊接飞溅主要产生于引弧初期。因为tT前工业应用的GMAW焊机，尽管町以实现稳立的射流过渡，但由焊接引弧到达到稳泄的射流过渡还需耍一圧的过渡时间，少则数百

4、亳秒，多则数秒。对于焊缝的焊接时间较长的应用来说可以略不计，但是对于类似汽车车身及零部件的焊接或舰船焊接的泄位焊焊缝等人量短焊缝，其炸接时间一般都在5秒以内，这样一来，引弧过程在整个焊接过程中所占比例很大，对整个焊接过程的影响变得格外突出。因此研究引弧过程熔滴过渡的特点，改善GMAW引弧过程，已经成为GMAW研究中新的热点问题。尽管目前国际上，无论是学术界还是工业界都对此进行了许多和关研究⑴叫但有关引弧过程机理及控制方面的研究报道还是较少。本文从熔滴过渡的角度，采川髙速摄像及同步数据采集技术，分析了影响引弧过程的因素，并提出一种改善GMAW引弧过程的新方法。

5、1GMW引弧过程中的不稳定熔滴过渡现象由GMAW的基木原理可知，射流过渡时的焊接电流应是平滑稳泄的，而图1所示的电流波形在引弧初期是非常不稳定的短路过渡形态，这说明在GMAW引弧起始到稳定的射流过渡Z间需要一定的时间，称为焊接引弧不稳定时间。386393400410420440450470500510515530540550560■finMiUnn3unUnUnunJ.••J..Unu0-0.200.250・300.350.40oT450.500.550・kTime(S)图1常规GMAW引弧期间的电流、电压波形图1中纵坐标为电流/电压，横坐标为时间。焊接实验

6、条件:1.0mm低炭钢焊丝，10%Ar+90%002,焊接电压30V,送丝速度14M/S,焊丝干伸长16mm.对图1的起始阶段作局部放人，并配合同步的高速摄像图像，如图2所示。图2屮高速摄像的速度是1000幅/秒，图屮每幅图像上的数字为图像采集时刻，单位是ms。由于图像与波形式是同步采集的，因此可以确定每幅图像所対应的焊接参数。可见在引弧初期阶段是不规则的短短路过渡，并伴冇焊丝得成段爆断，所以必然产生较高的焊接飞溅率，而且会导致焊接缺陷发生。288296300303325336338350400418421525538540590图2常规GMNV引弧阶段屮熔

7、滴过渡图像与电流电压波形同步关系2传统GMAW设备的引弧问题早期的GMAW引弧研究，主要是解决引弧成功率的问题。传统概念上的引弧成功的标志是：焊丝与丁件接触厉，电弧能够在焊丝与丁件Z间迅速引燃；引弧失败的标志是：焊丝与工件接触后，电弧在焊丝与导电嘴Z间引燃的问题，并因而导致焊丝成段爆断。而解决上述问题的途径就是提高引弧阶段的短路电流上升速度。随着弧焊电源动特性的改善，特别是逆变式电源的出现，由于逆变电源的输出电感很小，引弧时的电流上升速度极快，所以目前逆变电源的引弧成功率通常可以达到传统意义上的100%。但是在传统意义上的引弧成功后焊接参数并不能立即达到稳定

8、，特别是对于采用射流过渡的GHAW,引弧片通常要经过