变极性tig焊接电弧稳定性分析

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1、变极性TIG焊接电弧稳定性分析姚河清张俊涛(河海大学机电工程学院，江苏常州213022)摘要：通过对变极性TIG焊接电弧稳定性试验研究，发现小电流电弧极性切换时，容易引起熄弧。同时,电弧等效电阻的变化，导致严重的换向冲击。原因是：电路的等效电容、电感引起小电流换向速度慢，电弧等效电阻变小引起换相冲击。本文通过二次主回路加耦合电感，以及在电弧极性切换时，采用变参数PI控制与超前控制的软件控制策略。实验结果表明：变极性TIG焊接电弧稳定性问题得到有效解决。关键词：变极性；电弧稳定；等效电阻；控制策略Theanalysisofarcstabilityofthevariablepola

2、rityweldingTIGYaoHeqingZhangJuntao(HohaiUniversity,CollegeofMechanical&ElectricalEngineering,JiangsuChangzhou213022)Abstract：weldingarcstabilityofvariablepolarityTIGweldingwasstudiedthroughexperiment.Theexperimentalresultsindicatethatthesmallcurrentcausethearcextinguisherwhentheweldingarccom

3、mutating.Simultaneity,thediversificationoftheequivalentresistance,whichcancauseconcussion.Theequivalentcapacitanceandtheequivalentinductanceofthecircuitwhichslowerthespeedofthecurrentwhenthearcpolaritychange.Inordertoresolvetheproblem,addedthecouplinginductanceinthemaincircuitandacontrolstra

4、tegyincorporatevariableparameterPIintoadvancecontrol.ExperimentalresultsprovetheweldingarcstabilityofthevariablepolarityTIGisavailable.Keywords：Variablepolarity;arcstability;equivalentresistance;controlpolicy0前言变极性逆变焊接电源是近10年发展起来的一种代替正弦波交流和方波交流焊机来焊接铝及其合金的新型焊机，是一种电流频率、正负半波电流幅值和时间比可以分别独立调节的方波交

5、流电源。通常变极性焊接电源是由一次逆变和二次逆变组成，一次逆变控制使弧焊电源具有快速响应特性,二次逆变控制使弧焊电源具有良好的变极性能力，广泛应用于铝及铝合金的焊接。由于铝及铝合金在空气中极易被氧化，生成Al2O3氧化膜熔点高（约20500C）、比重大、非常稳定、不易被去除等等。所以为保证焊接质量，必须先去除表面氧化膜。变极性焊接铝及其合金是在控制周期内利用直流反接（电极接正DCEP）的“阴极雾化”作用对熔池表面氧化膜的进行清理，达到铝合金的焊接要求。变极性焊接一般控制阴极清理强度为20％～30％，以达到减少钨极烧损和铝及其合金表面氧化膜清理的目的。但是，在极性转换的过程中，容

6、易发生过零点熄弧，电流冲击过大，造成电弧的不稳定，影响焊接质量。为了解决电弧稳定性问题，本文提出一种新颖解决办法，在硬件方面，二次主回路加耦合电感，采用超前控制与变参数PI控制相结合的控制策略。取得良好的控制效果，变极性TIG焊接电弧稳定性得到有效解决。1变极性调试试验现象在变极性TIG焊接电源调试过程中，容易产生小电流熄弧和电流过冲现象。图（1）为正极性电流为50A，反极性电流为100A时变极性焊接的电流电压波形，其中A为电流曲线，B为电压曲线。从图中我们可以看出，在焊接过程中，当DCEN向DCEP转换的过程中，经常会出现熄弧现象。而DCEP向DCEN转换的过程中，虽然没有出

7、现熄弧问题，但是在换向时会产生很大的电流冲击。因此应该采取必要的措施来解决这两个问题，来提高变极性TIG焊接电弧的稳定性。图1A为焊接电流波形B为焊接电压波形2变极性TIG焊熄弧的原因分析2.1电路方面分析由于电路中存在等效电感和等效电容，使得电流换向速度慢，延长换向时的过零点时间，导致熄弧。电路图如图（2），在EN换向为EP前，电路的等效电感为左“＋”右“－”，电路对电容充电。在EN换向为EP时，电流迅速减小并换向，电路的等效电感为左“－”右“＋”，阻碍电流减小，而此时电极换向，电流方向与