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2023-06-30
利用表面张力实现STT控制的熔滴过渡
【摘要】：STT波形控制是美国林肯电器公司提出的，即利用熔滴与熔池之间的表面张力取代传统熔滴短路过渡的电爆炸力。图8-27所示是STT控制的电流、电压波形图。图8-27 STT控制示意图表面张力作用下熔滴过渡 随着“缩颈”的形成，液态小桥电阻增大，当小桥断裂前，将焊接电流在数微秒内再次减小到一个相对较小的电流值，使液态小桥在表面张力作用下拉断，实现熔滴的无飞溅过渡。
STT（表面张力过渡）波形控制是美国林肯（Lincoln）电器公司提出的，即利用熔滴与熔池之间的表面张力取代传统熔滴短路过渡的电爆炸力。图8-27所示是STT控制的电流、电压波形图。根据此波形图可以对其波形控制原理进行分析：
（1）基值电流段（t0～t1） 基值电流根据焊丝材料、直径及送丝速度来决定，其值为50～100A，使焊丝末端维持一个1.2倍焊丝直径的熔滴。
（2）焊丝端部熔球形成段（t1～t2） 在基值电流下，焊丝端部熔滴在表面张力作用下形成近似球状，当熔滴一接触熔池，电压传感器向控制电路提供一个短路信号，此时基值电流在几百微秒时间内减小到一个相对较小的电流值（一般为10～50A），这时，通过熔滴与熔池之间的表面张力开始将熔滴从焊丝端部拉向熔池，也就是说，在表面张力的作用下，使得焊丝与熔池之间形成液态小桥。
（3）电磁收缩熔滴形成缩颈段（t2～t3） 形成液态小桥后，短路电流以一定斜率上升到一个较大值，在电磁收缩力作用下，液态小桥“缩颈”现象明显增大。
图8-27 STT控制示意图
（4）表面张力作用下熔滴过渡（t3～t4） 随着“缩颈”的形成，液态小桥电阻增大，当小桥断裂前，将焊接电流在数微秒内再次减小到一个相对较小的电流值（一般为10～50A），使液态小桥在表面张力作用下拉断，实现熔滴的无飞溅过渡。
（5）电弧扩展段（t5～t6） 熔滴脱离焊丝后，电弧重新建立，此时增大电流，使电弧等离子体扩展，扩展时间取决于焊丝伸出长度。保持焊丝端部熔球直径的平均值为焊丝直径的l.2倍时，过渡特性就好，飞溅少，电弧稳定。因此控制每次熔滴过渡的热量很重要，STT电源是通过自适应电路来实现的，其原理是测量短路期间焊丝干伸长电压，短路时没有电弧，对于伸长电压进行连续采样，然后取平均值。在电弧扩展阶段，对采样平均值进行积分，得到一个以时间为函数的直线，直线上的电压值与给定的热参数值相等时，电弧扩展阶段结束，这样就控制了每次熔滴过渡时熔滴大小的一致性。
（6）电弧等离子体稳定阶段（t6～t7） 电弧等离子体扩展阶段结束时，大电流以等比级数减小至基值电流，此阶段大电流逐渐衰减，以抑制熔池的搅拌作用。
该方法以其柔和的电弧和极小的飞溅引起了人们的兴趣。判断短路、小桥断裂的时间是其关键点。该方法适合打底焊接以及薄板的焊接，在管道打底焊接中的应用越来越多。
目前，美国林肯公司生产的Invertec®STT Ⅱ、Power Wave455等都具有该功能，其中Power Wave455选购是需要配有STT的专用模块。
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2023-06-23
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