焊接电弧及熔滴控制

无磁场焊接电弧特性
无磁场时对于熔滴上的作用力
1、重力 2、表面张力 3、电弧力（电磁收缩力、等离子流力、斑点压力） 4、爆破力 5、电弧气体吹力
无磁场时熔滴过渡的主要形式
1、自由过渡（粗滴过渡、排斥过渡、细滴过渡、射滴过渡、 射流过渡、旋转射流过渡、爆炸过渡） 2、接触过渡（短路过渡、搭桥过渡） 3、渣壁过渡（沿渣壳过渡、沿套筒过渡）
一、熔滴过渡传统控制方法
传统的方法是在焊接回路中串联一个电感，限制短路电流上升速度di/dt以及短路电 流峰值Imax并且电感在短路期间储存的能量在燃弧期放出，有助于增加燃弧能量， 对获得良好的焊缝成形有利。目前国内大量使用的CO2焊机多采用这种方法。
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
当电感量小时，di/dt大，短路 峰值电流Isd也大，燃弧电流衰 减很快，并接近于0，如图22(a)。当电感合适时，di/dt较 小，Isd不高，燃弧电流衰减较 慢，如图2-2(b)。当电感较大 时，di/dt很小，Isd保持一段 时间之后小桥才能爆断，如图22(c)。显然，电感较小时，容易 产生小颗粒飞溅，而电感较大时 容易产生大颗粒飞溅，当电感很 大时，由于di/dt很小，焊丝与 熔池接触处来不及爆断，而使焊 丝与熔池发生固体短路，难以爆 断。
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
送丝回抽，是利用机械力来协助或控制液桥过渡的方法。这种方法的意 图是通过焊丝的瞬时回抽，用机械力来实现液桥过渡，避免液桥后期在 大电流下爆炸。在短路液桥收缩过程中的后期，在适当的时机，降低液 桥电流，通过控制焊丝回抽来拉断液桥。由于该方法是意图在低电流条 件下用机械力来拉断液桥，在原理上，可以避免液桥在大电流下的爆炸 和飞溅。但是，焊丝回抽系统的动态响应很难达到理想的程度，焊丝回 抽系统的动态响应决定于检测和控制系统的动态响应、电机和减速机械 系统的动态响应以及焊丝在送丝软管中运动的动态响应三部分组成。由 于焊丝由送进变为回抽所需的过渡时间太长，无法保证焊丝的运动与液 桥收缩和电流控制同步。由于送丝软管的存在，焊丝在软管里的运动是 一个具有弹性的过程，从送丝轮的运动到焊丝末端的运动有一个相对于 熔滴收缩的时间长得多的滞后，因此为保证焊丝末端的运动与电流控制、 液桥收缩的同步，需要对送丝系统和焊枪部分进行专门研发设计，导致 成本大大增加，不利于使用和推
三、熔滴过渡组合外特性控制
由于CO2焊接短路过渡各阶段需要不同的电源外特性，国内外学 者又提出了通过组合外特性控制飞溅的方案。这种方案针对特定 阶段，定时切换电源外特性。其方法实质上与电流波形控制类似， 不同之处是不同的外特性对电弧具有不同的调节作用。
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
1.双阶梯形外特性控制
无磁场焊接电弧特性
电磁收缩 力
电弧随机摆 动
无磁场时电 弧力的情况
等离子流 力
无磁场时电 弧运动情况
电弧呈锥状
斑点压力
无磁场焊接电弧特性
无磁场时电弧区域带电粒子的运动 ： 1.带电粒子的热运动 2.外加电场作用下带电粒子的运动 3.带电粒子在电弧自身径向(横向)电场作用下的运 动 4.因径向带电粒子浓度差异引起的扩散运动
无 磁 场 熔 滴 控 The metal transfer process during CMT process(frame/1ms). 制 方 (1)t0～t1 阶段基值电流为50～100 A，是形成熔滴的阶段，电流恒定。 式 (2)t1～t2 阶段在基值电流下，焊丝端部熔滴在表面张力作用下形成近似球 状，熔滴一旦接触熔池，电弧电压立刻提供反馈信号，基值电流很快降到10 A左右，表面张力开始吸引熔滴从焊丝向熔池过渡，形成小桥。 (3)t2～t3 为缩颈阶段，此阶段电流上升到一个较大值，由于电磁收缩力的 作用，加速了熔滴缩颈。 (4)t3～t4 为熔滴的过渡阶段，随着缩颈的形成，小桥电阻增大，在小桥断 裂前，电流很快减小，小桥在表面张力的作用下，实现无飞溅过渡。 (5)t5～t6 阶段为熔滴已通过表面张力作用过渡到熔池，同时增加电流使焊 丝熔化形成熔滴。 (6)t6～t7 阶段是形成熔滴后，电流降到基值电流，抑制熔池搅拌，准备进 行下一次的过渡循环。
无 磁 场 熔 滴 控 制 方 式
图2-3为双阶梯形外特性示意图，包括3条恒 流特性、1条恒压特性和两条上升特性，电弧 的工作点在3条恒流特性间跳动，具有良好的 自调节作用。当焊接过正常进行，弧长稳定， 电弧工作在ib段上，此时恒定的燃弧电流可 以使电弧稳定的燃烧。若弧长变短，弧压下 降，工作点跳至恒流段ic上，则由于电流的增 加，加快了焊丝的熔化速度，使弧长增加， 工作点重新回到ib段。反之，若弧长变长， 使得电流工作点跳至ia段，则会因电流ia仅 仅具有维弧功能，无法熔化焊丝而使弧长变 短，工作点也会重新回到ib段。该方法可以 有效地减少焊接飞溅，但是复杂的外特性曲 线需要复杂的控制系统。随着焊接参数的改 变，外特性曲线也需作相应调整，设计上比 较复杂。
二、熔滴过程脉动送丝控制方式（ CMTLeabharlann Baidu制）
脉动送丝方式主要是通过特殊的送丝机构，采用“一送一停”的 脉动方式进行，使熔滴过渡变得有规律，通过对焊丝直径、电阻 热、停送时间、送丝距离及速度的控制，达到细化熔滴尺寸的目 的。在送丝步距和送丝频率合适的情况下，CO2焊中的熔滴过渡 一改等速送丝时的杂乱无章，而变成一步一个熔滴，即每一次送 丝都造成一次短路过渡，过渡的频率等于脉动送丝的频率，熔滴 形成后，焊丝高速推进，将熔滴送入熔池完成短路过渡，这种强 制性短路过渡方式有利于克服阻碍熔滴过渡的斑点压力，使熔滴 顺利进入熔池，大大降低飞溅且不易形成咬边缺陷。这种方式的 另一个特点是不必过分控制电弧电压及焊接电流，适用于大范围 的焊接要求。其不足在于难以保证焊丝动作与熔滴过渡的同步， 机械结构复杂。脉动送丝的实现方式有很多，比如送丝回抽、凸 轮脉动送丝和焊接电流波形联合控制等。