双脉冲MIG焊铝工艺参数设计及试验_熊丹枫

冲时间太长或者基值峰值电流过小，则很容易顶丝。 为了得到合适的弧长，使焊接过程稳定，本试
验中对强弱脉冲的峰值时间按预定数值改变，而基
值时间根据实际试验效果匹配最佳参数。而判断焊 接效果的依据就是鱼鳞纹宽度、熔高、焊缝成形等。
根据试验目的的不同设计了以下试验，通过试
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
验探讨了焊缝成形与参数设置和焊接条件的关系。 试验基本条件：自行研制的多功能数字化双脉冲焊
由图可知在强弱脉冲峰值电流和基值电流一样的情况下影响焊丝熔化速度的只有强弱脉冲的峰值时间tpspw以及强弱脉冲时间t设置成固定通过改参数焊接速度vcmmin1psmspwms鱼鳞纹宽度bmm焊接效果强弱脉冲电流相同时参数及效果情况研究与设计第40electricwldingmachin变焊接速度和强弱脉冲的峰值时间研究其对焊缝成形的影响
接电源，φ 1．2 mm ER4043 铝焊丝、4 mm 厚铝板、纯 Ar、堆焊、干伸长 15 mm、气体流量 30 L／min。采用焊 接动态小波分析仪采集焊接电流、电压波形。
由于参数众多，因此对不同的参数进行了分组研
究。而电流情况对焊缝影响较大，首先对强弱脉冲电流 匹配进行研究，焊接速度以能匹配得到最佳焊缝为宜。
研究与设计
熊丹枫等：双脉冲 MIG 焊铝工艺参数设计及试验
变焊接速度和强、弱脉冲的峰值时间，研究其对焊
缝成形的影响。
第9期
a 参数 1
b 参数 2 图 2 强、弱脉冲电流相同的焊接电流电压波形以及焊缝
c 参数 3
由图 2 可知，三组参数均能获得较为理想的焊 缝，参数 2 比参数 1 焊缝鱼鳞纹稍微明显一点，参数 3 和参数 1、2 没明显区别。由此可知，当强、弱脉冲峰 值电流和基值电流一样时，参数的小调整对成形影 响不大。
由此可见，强脉冲峰值电流和弱脉冲峰值电流
a 参数 4
b 参数 5 图 3 焊接电流、电压波形以及焊缝
试验，通过试验探讨了焊缝成形与参数设置和焊接条件的关系。焊缝无咬边，熔透较好，焊缝成形比较
好，证明本试验用焊接电源具有较好的工艺性能，能较好地实现双脉冲焊铝。
关键词：双脉冲 MIG；焊铝；强脉冲；弱脉冲
中图分类号：TG444＋．74
文献标识码：A
文章编号：10 01－2303(2010)09－0017－05
Electric Welding Machine ·17·
研究与设计
第 40 卷
行变换，因此双脉冲焊铝对脉冲焊机的控制性能要 求更高，电弧控制性能的进一步提高对双脉冲焊焊 铝至关重要。
1 双脉冲 MIG 焊
双脉冲 MIG 焊是一种高性能的焊接，主要用于 铝合金的焊接。双脉冲波形就是在高频的基础上，再 对高频电流波形进行低频调制，使单位脉冲的强度 在强和弱之间低频周期性切换，得到周期性变化的 强、弱脉冲群。
图 1 双脉冲波形原理
双脉冲需要调节的主要参数较多，包括强脉冲 峰值电流和时间、强脉冲基值电流和时间、弱脉冲 峰值电流和时间、弱脉冲基值电流和时间，只有具 备相当经验的工人才能够熟练操作。
2 双脉冲焊铝试验参数设计
双脉冲焊是一种参数复杂的焊接工艺，为了获 得合适美观的焊缝，除了合理匹配送丝速度外，还需 要根据实际需要调节焊接速度。从图 1 可以看出，双 脉冲焊接的主要参数包括：强脉冲峰值电流 Ips 和时 间 Tps、强脉冲基值电流 Ibs 和时间 Tbs、弱脉冲峰值 电流 Ipw 和时间 Tpw、弱脉冲基值电流 Ibw 和时间 Tbw、强 ·18· Electric Welding Machine
第 40 卷 第 9 期 2010 年 9 月
Electric Welding Machine
Vol．40 No．9 Sept． 2010
双脉冲 MIG 焊铝工艺参数设计及试验
熊丹枫，林 放，陈小峰，薛家祥
(华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 510640)
摘要：铝焊接过程易产生气孔，双脉冲焊接工艺能够减小气孔发生率，获得理想的焊接质量和美观的
收 稿 日 期 ：2010－04－14 基 金 项 目 ：国家自然科学基金资助项目(50875088)；广东省
科技攻关资助项目(2008B010400006)，广州市番 禺区科技攻关资助项目(2009－Z－15－1) 作 者 简 介 ：熊丹枫(1985—)，男，湖北钟祥人，在读硕士，主要 从事数字化焊接电源及其智能控制的研究工作。
Key words：double pulsed MIG；aluminum welding;strong pulse；weak pulse
0 前言
随着焊接电源的快速发展和各种复杂焊接工 艺的出现、功能的不断完善和复杂化，人们不断地 寻求快速、简便的焊接电源调节和使用方法。近 10 年 焊铝快速发展，出现了铝合金脉冲焊、双脉冲焊的 相关应用和研究[1－2]，涌现出了一些如双脉冲焊的新 脉冲波形控制技术，从而改变了以往几乎所有脉冲
脉冲时间 Ts 和弱脉冲时间 Tw。 虽然双脉冲参数和单脉冲不一样，但也有类似
之处，强脉冲和弱脉冲时间内的脉冲群就可以看作
是单脉冲。不管是单脉冲还是双脉冲，焊接过程都需 要进行弧长控制。双脉冲弧长控制方法有两种：一种 是变速送丝控制弧长，一种是恒速送丝。由于送丝 系统的限制，本试验采用恒速送丝，通过合理匹配
各种参数控制稳定弧长。对于双脉冲，强脉冲的平 均电流大于弱脉冲的平均电流：Iavs＞Iavw，因此，焊接 过程中强脉冲时焊丝的熔化速度大于弱脉冲的熔
化速度，当强弱脉冲交替时，弧长就会周期性变化。 因此，强弱脉冲时间和峰值、基值电流的设置的目 的就是得到合适的弧长，如果强脉冲时间设置过长
或者峰值基值电流过大，焊丝回烧焊嘴，反之弱脉
双脉冲是脉冲焊的一种延伸工艺，该工艺的特 点是脉冲频率高、能量集中，适合焊接导热快的铝 等金属。双脉冲工艺和普通脉冲焊工艺比较类似，本 试验中双脉冲焊的特性依然和普通脉冲焊一致。
双脉冲波形的最大特点是高频时实现一脉一 滴的熔滴过渡，低频时控制熔池，即一个低频周期 形成一个熔池，从而形成鱼鳞纹。同时每个低频周期 都能对熔池产生一定的搅拌作用，促使熔池中的气 体排出去，从而减小了气孔倾向。双脉冲波形控制技 术在国外已经成熟，如奥地利福尼斯的 TPS 系列焊 机、美国飞马特的 Power master 系列等焊机，都取 得了良好的工艺效果。典型的双脉冲波形如图 1 所示。
Research and experiment on double pulsed MIG aluminum welding process parameters design
XIONG Dan-feng，LIN Fang，CHEN Xiao-feng，XUE Jia-xiang (Mechanical ＆ Automotive Engineering College，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)
焊缝外观。双脉冲波形的最大特点是高频时实现一脉一滴的熔滴过渡，低频时控制熔池，即一个低频周
期形成一个熔池，形成鱼鳞纹，同时每个低频周期都能对熔池产生一定的搅拌作用，促使熔池中的气
体排出去，从而减小了气孔倾向。双脉冲焊铝需要调节的参数较多，包括强脉冲峰值电流和时间、强脉
冲基值电流和时间、弱脉冲峰值电流和时间、弱脉冲基值电流和时间等。设计了 4 组 12 个双脉冲焊接
v／cm·min－1
度 b／mm h／mm 效果
1
75
1．8 1．8 7．5
1．5 好
2
90
1．8 1．8 7．5
1．8 好
3
75
2．0 2．0 6．5
1．5 较好
图 2 为参数 1、参数 2、参数 3 的焊接电流、电 压波形以及焊缝成形情况。由图 2 可知，在强、弱脉冲 峰值电流和基值电流一样的情况下，影响焊丝熔化 速度的只有强、弱脉冲的峰值时间 Tps、Tpw 以及强弱 脉冲时间 Ts、Tw。这里将 Ts 和 Tw 设置成固定，通过改
焊的研究和应用都是针对钢的现状。 铝焊接过程易产生气孔，双脉冲焊接工艺能够
减小气孔发生率，获得理想的焊接质量和美观的焊 缝外观，双脉冲焊铝在国外已有应用。双脉冲焊目前 主要有两种形式：一种是以 KemppiPro 增强型为代 表，其送丝速度与焊接电流均按低频进行切换[3]；另 外一种是以 OTC 为代表的产品，其送丝速度不变， 仅按低频切换熔化速度。焊接较厚铝板时，可以在第 二种情况的基础上，再配合送丝速度的改变，增加 熔敷率，就成为第一种方法。此种情况需配备性能优异 的送丝机。本研究属第二种情况，由于铝本身对扰动 的敏感性较高，同时双脉冲焊的电弧长度按低频进
参数 焊接速度 Ts／ms Tw／ms Tps／ms Tpw／ms 鱼鳞纹 熔高 焊接
v／cm·min－1
宽度b／mm h／mm 效果
4
75 90 120 2 2 7．0 2．0 一般
5
90 90 120 2 2 7．5 1．8 较差
6
75 90 200 2 2 6．5 1．5 一般
压波形以及焊缝成形情况。从焊接过程来看，参数 4、 参数 5 和参数 6 过程比较类似，过程中电弧亮度剧 烈变化，声音较大，从焊缝也可以看出，三者成形比 较相近，鱼鳞纹不明显，焊缝呈现一节一节的现状。
2．2 Ibs 和 Ibw、Ips 和 Ipw 有一定差值的情况
选择焊接效果较好的强脉冲基值电流 70 A， 峰值电流 280 A，弱脉冲基值电流 50 A，峰值电流 220 A 设计了三组实验，参数和焊接情况如表 2 所示。
图 3 为参数 4、参数 5、参数 6 的焊接电流、电
表 2 Ibs 和 Ibw、Ips 和 Ipw 有一定差值的参数及效果情况
Abstract ：Pores occur easily in the aluminum welding，but it scares appears in the double pulsed MIG welding process in which
approving and qualified welding seam turn up．The most typical characteristic of the double pulsed MIG is the one pulse one droplet transfer mode is made when the frequency is high while the molten pool is controlled when the frequency is low，that is，one molten pool and the scales are made during one low frequency cycle．Due to the stirring in each low frequency cycle，the gas in the molten pool is excluded and pores are less likely happening．Many parameters need to be set up in the double pulsed MIG welding，including the peak and base current and its lasting time of strong pulse as well as weak pulse．4 groups of double pulsed MIG welding including 12 experiments are set to find the relationship between welding conditions and parameters in the welding seam formation，no undercut with good penetration and section shape．It is proved the welding power in this experiment has good performance and can do double pulsed MIG aluminum welding well．
2．1 强、弱脉冲电流相同：Ibs＝Ibw、Ips＝Ipw
根据前期的实验情况，选择了焊接效果较好的
Ibs＝Ibw＝50 A，Ips＝Ipw＝270 A，Ts＝90 ms，Tw＝120 ms 设计 了三组实验，参数和焊接情况如表 1 所示。
表 1 强弱脉冲电流相同时参数及效果情况
参数 焊接速度 Tps／ms Tpw／ms 鱼鳞纹宽 熔高 焊接