控制焊丝爆断位置，提高引弧成功率

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：图8-1 熔化极气体保护焊引弧示意图爆断引弧成功率不高的原因主要是不能控制电弧短路焊丝爆断的位置点，如果引弧过程中，焊丝在B点爆断，则引弧失败，所以在A点爆断是引弧成功的必要条件。与传统弧焊电源相比，采用电子电抗器控制或者数字程序控制，都可以使短路电流波形形状更加趋于方波脉冲，增大di/dt，提高引弧的成功率。2）无飞溅引弧控制。

在电弧焊接中，引弧与熄弧控制直接影响着焊接质量，特别是在机器人焊接中，引弧的可靠性直接影响着焊接质量。以熔化极气体保护焊为例，传统的引弧方式采用短路爆断引弧。所谓短路爆断引弧，就是在熔化极气体保护电弧焊引弧时，先接通弧焊电源，然后通过送丝机送进焊丝，焊丝端部逐渐接近母材，当焊丝与母材一旦接触短路（见图8-1），弧焊电源提供的短路电流迅速增加，使得与工件接触的焊丝端部A点附近产生极大的接触电阻热，使其迅速熔化，甚至汽化形成焊丝端部的爆断而引燃电弧。该种引弧方法一般用于细丝CO₂电弧焊中，但是其一次引弧成功率不高。

图8-1 熔化极气体保护焊引弧示意图

爆断引弧成功率不高的原因主要是不能控制电弧短路焊丝爆断的位置点，如果引弧过程中，焊丝在B点爆断，则引弧失败，所以在A点爆断是引弧成功的必要条件。在A点还是在B点爆断主要取决于焊丝在A点附近产生接触电阻热的大小，也就是与A点的接触电阻大小有关。因为B点是焊丝与焊枪导电嘴的接触处，其接触电阻R_B随时间变化很小，基本上不变。而接触电阻R_A却不同，A点为焊丝端头与母材的接触点，焊丝与母材接触后，短路电流迅速增加，当电流增加速度不够大时，焊丝端部A点将会发生软化，使焊丝端部与工件的接触面积增加，R_A急剧减小，其电阻热不能立刻使焊丝端部爆断，很容易产生焊丝端部与工件粘连或者在B点发生爆断，电弧引弧失败。可见，为确保引弧成功，希望短路电流增长速度di/dt越大、R_A衰减速度越慢越好，也就是在A点还未发生软化，短路电流就增加到较高的值，使得焊丝端部与母材接触的A点金属产生汽化、爆断，引燃电弧。

传统引弧提高成功率的方法如下：

1）提高短路电流增长速率di/dt。传统的直流弧焊电源中可以利用减小直流电感来提高短路电流的增长速率di/dt，提高引弧成功率。但是，直流电感量的调节不方便，而且采用熔滴短路过渡焊时需要的短路电流增长速率di/dt要小于引弧时的短路电流增长速率di/dt。

2）减小接触电阻R_A的衰减速度。引弧时令焊丝送进速度慢一些，以便减小焊丝与母材的压力增长速度，R_A衰减速度减缓。送丝速度太慢也不利于引弧，通常选用1.5～3m/min。引弧成功后，应立刻转换为正常的送丝速度。

而在数字化弧焊电源中，提高成功率的方法如下：

1）提高短路电流增长速度di/dt。与传统弧焊电源相比，采用电子电抗器控制或者数字程序控制，都可以使短路电流波形形状更加趋于方波脉冲，增大di/dt，提高引弧的成功率。图8-2所示为传统控制与数字控制引弧波形的对比。

增加短路电流增长速度di/dt，可以提高引弧成功率，但是过快的短路电流增长速率di/dt，在正常焊接熔滴短路过渡时会引起细颗粒飞溅，因此，引弧阶段的短路电流增长速率与焊接过程中的短路电流增长速率值是不同的，这就需要在焊接中根据不同的阶段进行不同的短路电流增长速率值的切换。在数字弧焊电源控制中是通过引弧阶段与正常焊接阶段不同的引弧程序进行切换的。在引弧程序中，不仅要设定短路电流的增长速率，还要设定短路电流的最大值以及引弧时的送丝速度等，以保证引弧的成功率。

图8-2 传统控制与数字控制引弧

a）传统控制 b）数字控制

图8-3是日本松下电器产业公司（Panasonic公司）生产的YM-500EA1微电脑模糊控制逆变CO₂/MAG焊机采用数字控制的引弧波形与普通CO₂爆断引弧波形的比较。

2）无飞溅引弧控制。奥地利福尼斯（Fronius）公司生产的数字化弧焊电源中，采用无飞溅引弧软件与专用的焊枪相配合，可以实现无飞溅引弧。该引弧方式完全模仿了人工焊条短路引弧的操作方式，即首先起动送丝机正转，焊丝送进，当焊丝与工件短路后，送丝机迅速反转，焊丝回抽，形成焊丝与工件之间的空载，引燃电弧。由于其引弧飞溅很少，该引弧方式被称为无飞溅引弧。图8-4所示为专用无飞溅引弧的焊枪照片。图8-5所示为传统控制与无飞溅引弧控制波形比较照片。由图8-5b可以看到，焊丝与工件短路瞬间，没有产生很大的短路电流，电源输出的起始引弧短路电流只有8A，短路电流逐渐增加，最终也远远小于正常焊接时的峰值电流，因此不会产生短路飞溅。图8-6所示为无飞溅引弧过程的高速摄像图片，可以看出其焊丝送进-短路-回抽空载-燃弧的全过程。