波形控制原理解析

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：该精细波形控制中，由于抑制了短路初期的电流、熔滴过渡时短路电流的峰值以及熔滴短路阶段的电流增长速率，从而可以有效地减少短路过渡飞溅；在燃弧阶段，控制了燃弧能量，保证焊缝成形，因此焊接质量得到明显的改善。

随着科学技术的发展，人们对焊接工艺过程的机理认识越来越深刻，因此焊接过程控制更趋于精确化。例如，由于对焊接熔滴短路过渡及焊接飞溅形成机理研究的深入，使人们认识到，熔滴短路过渡中，要使熔滴“缩颈”形成“液态小桥”顺利进行，就需要较大的短路电流；而“液态小桥”爆断时，对飞溅的抑制又需要较小的短路电流。传统弧焊电源中，采用的主回路串联电抗器限制di/dt及I_fd的方式，难以兼顾这两个阶段对短路电流大小的需求，因此，焊接飞溅成为CO₂短路过渡焊的难题。随着逆变技术发展，具有分时控制特点的波形控制法便应运而生，也就是在熔滴过渡的不同时刻采用不同的电流波形控制，满足不同时刻熔滴过渡的受力和受热的需要，既要保证稳定的短路熔滴过渡，又可最大限度地减小飞溅。即在“缩颈”形成过程，提高电流的增长速率，促进“缩颈”形成；而在熔滴短路过渡后期，降低短路电流，使“液态小桥”爆破在低的爆炸能量下完成，从而获得少飞溅或无飞溅的短路过渡过程。

波形控制是指在焊接过程中，根据焊接过程不同阶段、不同情况采用不同的给定量对弧焊电源的输出电流、电压以及电流或电压的变化率进行实时控制。给定量的实时调节不仅包括电流、电压给定量的调节，也包括电流或电压变化率等给定量的调节。

1.分段波形控制

在CO₂短路过渡焊中存在着短路和燃弧及空载阶段，短路时，负载可以等效为电阻负载，燃弧阶段则为电弧负载。不同的阶段采用不同的控制，在短路阶段要控制短路电流的增长速率以降低焊接飞溅，燃弧时控制燃弧电流下降率和热输入量，改善焊缝成形。图4-36所示为分段波形控制框图。

如图4-36所示，该控制中以电弧电压来判断是否短路，当电弧电压低于设定的阈值时，认为焊接进入短路阶段，电子开关接通短路电流给定电路，短路电流给定值以一定的斜率上升，控制短路电流的增长速率和最大峰值电流；当电弧电压高于设定的阈值时，认为焊接进入燃弧状态，电子开关接通燃弧电流给定电路，形成燃弧电流。在短路阶段只采用电流负反馈控制，在燃弧阶段则要采用电压和电流的双闭环负反馈控制。

2.精细波形控制

对于熔化极气体保护焊接过程的电压或电流进行细分控制，也就是精细控制。

图4-37所示为一种精细波形控制的电流电压波形示意图。该控制主要用于CO₂短路过渡焊接，该控制中，将焊接过程分为短路和燃弧两个阶段，然后再进行细分：短路阶段又分为短路初期、中期和后期；燃弧阶段又分为前期和后期。

如图4-37所示，t₁～t₂为短路初期，一旦检测到焊接短路发生，立刻将电流降低到一个相对较低的值，使熔滴与熔池的熔合过程柔顺，避免短路电流过大引起飞溅；t₂～t₃为短路中期，也就是熔滴与熔池形成良好的连接后，电流快速上升到一定值，使电磁压缩力快速增加，促使短路熔滴“缩颈”出现，形成“液态小桥”，缩短短路时间；t₃～t₄为短路后期，也就是形成一定的“缩颈”后，为了减少液态小桥爆破产生的飞溅，将短路电流增长速率降低，限值短路电流峰值；t₄为熔滴短路过渡时刻，液态小桥爆破，完成熔滴的过渡，并迅速重新引燃电弧，进入燃弧阶段；t₄～t₅为燃弧前期，该阶段电流由短路阶段后期的较大值急剧下降到燃弧阶段电流的设定值，并采用恒压控制，保证电弧能量，促使熔滴长大；t₅以后为燃弧后期，也就是熔滴长大到一定值后，电流衰减到一定值（t₆时刻）并保持该值直至短路阶段开始。

该精细波形控制中，由于抑制了短路初期的电流、熔滴过渡时短路电流的峰值以及熔滴短路阶段的电流增长速率，从而可以有效地减少短路过渡飞溅；在燃弧阶段，控制了燃弧能量，保证焊缝成形，因此焊接质量得到明显的改善。

图4-36 分段波形控制框图

图4-37 精细波形控制

波形控制原理解析

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