Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２０１２ 文章编号：ｌＯ０２—０２５Ｘ（２Ｏｌ２）Ｏ７—００４３—０３ ・焊接设备与材料・４３ 基于逆变脉冲ＭＩＧ焊脉冲’参数的研究 尚于杰，田松亚，李 灵，王 磊，刘 丽 （河海大学机电工程学院，江苏常州２１３０２２） 摘要：论述了脉冲参数对焊接过程的影响，并阐述在一脉一滴的过渡形式下脉冲参数之间的关系。针对以往的脉冲ＭＩＧ焊脉冲参数由硬 件产生，导致控制系统灵活性和可靠性差、控制精度低，本文利用计算机软件编制脉冲ＭＩＧ焊波形控制程序，该程序可以根据不同焊接 工艺参数输出不同的脉冲控制参数，实现了控制系统的灵活性，满足数字化脉冲ＭＩＧ焊控制策略。 关键词：脉冲ＭＩＧ焊；焊接参数；软件编制 中图分类号：ＴＧ４４４．７２ 文献标志码：Ｂ （１）基值电流 及基值时间 ０序言 基值电流及基 值时间的作用是维持电弧连续燃烧、预热焊丝和母 材，使焊丝端部有一定的熔化量。为脉冲电弧期间 熔滴过渡作准备。基值电流及基值时间也是调节平 均电流即焊接电流、调节焊接热输入的重要参数。 ＭＩＧ焊是熔化极气体保护焊（ＧＭＡＷ）的一种。 在惰性气体保护下，连续送进的可熔化金属焊丝与 焊接工件之间产生电弧。保护气体通常采用惰性气 体氩气或以氩气为主要成分的混合气体。而脉冲熔 化极氩弧焊（ＰＭＩＧ）利用脉冲电流方式，可以在较 低的平均电流（低热输入）下实现稳定的射流过渡， 因此具有利于薄板焊接、全位置焊接、使用粗丝焊 接（粗丝送丝稳定性高）等优点和优越的焊接性能． 所以近年来发展较快，在一些重要的焊接结构中或对 当基值电流过大时，脉冲焊接的特点就不明显， 甚至在基值电流的作用下产生熔滴过渡，失去了对 溶滴过渡的可控性。基值电流也不能太小，否则可 能导致电弧不稳定，所以应控制基值电流的大小。 （２）脉冲电流，ｌ１和脉冲时间 脉冲电流和脉 冲时间是决定脉冲能量的重要参数。为实现射流过 渡，脉冲电流必须大于临界脉冲电流。但临界脉冲 射流电流不是固定的，它随着脉冲时间 及基值电 流 的增加而降低，随着这２个参数的减少而增加。 脉冲电流除影响熔滴过渡形式外，也影响熔深。 在平均电流和送丝速度不变时，脉冲电流增大，熔 焊接质量要求很高的场合中应用很广泛…。但ＰＭＩＧ 焊要求电源具有较快的响应特性才能体现出其优越 性，而逆变电源以控制性能好、动态响应快、易于 实现焊接过程的实时控制等优点受到青睐，所以现 在的脉冲ＭＩＧ焊大多使用以ＩＧＢＴ作开关元件的逆 变焊机。 深增大：脉冲电流减小，熔深减小。由此，可根据 工艺需要，通过调节脉冲电流幅值来调节熔深。 １脉冲熔化极氩弧焊的脉冲参数 （３）平均电流 脉冲熔化极氩弧焊的一个重 脉冲熔化极氩弧焊的主要参数有：基值电流，ｈ、 要特征就是在平均电流低于临界电流时能实现熔滴 射流过渡。平均电流决定对母材的热输入量，应根 据焊件厚度、焊缝空间位置、母材材质等确定焊接 电流。 基值时间 、脉冲电流，ｐ和脉冲时间 、平均电流 厶、脉冲频率厂、脉冲占空比 、电流上升速度和电 流下降速度。正确选择和组合这些参数就可以在控 制焊缝成形及热输入方面获得良好效果。 （４）脉冲频率厂和脉冲占空比 ．脉冲频率厂的 ．大小主要根据焊接电流来确定。若焊接电流（或送 收稿日期：２０１１—１２—２３ 丝速度）较大，需较高的脉冲频率；反之，则需较 ４４・焊接设备与材料・ 低的脉冲频率。实际上脉冲频率有一定的调节范围， 脉冲频率过高，将失去脉冲焊接的特点；脉冲频率 过低，焊接过程不稳定。由于脉冲之间相隔时间较 长．还可能产生焊缝两侧熔合不良等缺陷。 脉冲占空比Ｋ 反映了脉冲焊接特点的强弱。脉 冲占空比过大，脉冲焊接的特点不显著，一般不大 于５Ｏ％。在等速送丝的情况下，若熔滴过渡是一脉 一滴，熔滴过渡频率在３０～３００滴／ｓ范围内，熔滴过 渡频率过高就需要频率很高的脉冲电流配合，工艺 上没有必要；过渡频率过低，由于焊接参数区间窄， 熔滴过渡的规律性受影响［２ ３。 （５）脉冲上升沿和下降沿速度 脉冲的上升沿、 下降沿速度对电弧形态和熔滴过渡影响较大。当脉 冲上升沿速度很小时，电流缓慢增大，电弧由冷态 变热，气体膨胀、电弧变宽，电弧阳极班点笼罩面 积逐渐扩大，电弧力增大使熔滴过渡变得困难。当 脉冲上升沿速度很大时．电流迅速从基值升到峰值， 由于热惯性电弧空间温度来不及上升，气体来不及 快速膨胀导致电弧集中，不易发生跳弧现象，阻碍 熔滴进行射流过渡。所以要调节合适的脉冲上升沿 和下降沿速度。 ２脉冲参数与焊接参数的关系 在脉冲ＭＩＧ焊中．一脉一滴过渡是当前公认的 最佳喷射过渡形式，也是最先进的控制技术。研究 表明，为保证一脉一滴的焊接过程，熔滴的直径约 为焊丝直径的１．０５倍。当焊接过程达到稳定时，焊 丝的熔化和送进速度必须保持平衡，则应满足： 一４（１．０５Ｄ） ， （１） Ｊ ３ 式中： ，为送丝速度；Ｄ为焊丝直径；厂为熔滴过渡 频率。根据上式可以计算出送丝速度 ，的设定值与 脉冲频率之间的关系［３１。 一脉一滴过渡时．熔滴脱离焊丝端头并过渡到 熔池中所需的能量是基本恒定的．如果能在每个脉 冲周期内保证提供合适的能量．就可实现稳定的一 脉一滴过渡。决定脉冲能量的关键参数是脉冲电流 焊接技术 第４１卷第７期２０１２年７月 和脉冲峰值时间 ，控制好，ｐ和 ，使其满足： ，ｐ２・ ｃ（常数）。 （２） 在不同焊材、不同丝径、不同气氛的条件下，Ｃ 为不同的常数。即一定的工作条件对应一定的 和 ，Ｄ，同样，为维持电弧稳定燃烧所需的，ｈ也为常数。 确定参数，ｎ， ， ， 。当设定焊接电流，日后 就对应一定的送丝速度 根据公式（１）可以计算 出脉冲频率厂，由： （，ｐ・Ｔｏ＋Ｉｐ・ ） ， （３） 再联立公式（２）就可以计算出脉冲基值时间 。 设定一系列的上升和下降速度，根据焊接具体 条件选择合适的上升、下降速度，以利于熔滴处于 稳定的一脉一滴过渡状态。 ３脉冲ＭＩＧ焊软件编制 数字化电焊机以其系统灵活性好，同一套硬件 电路可以实现不同的功能。对于不同焊接工艺方法 和不同焊丝材料、直径仅仅通过改变软件就可实现 不同的控制策略以及具有更好的稳定性等优点成为 目前电焊机发展的主流方向。 根据脉冲参数与焊接参数的关系，当选定母材、 焊丝材质、丝径、气体、焊接电流和电弧电压等焊 接参数时，相应的峰值电流，ｎ、基值电流 、峰值时 间 及基值时间 就得到确定，这为设计脉冲波形 的程序提供依据。图ｌ所示为程序流程图。焊开 关状态作为程序编制开始和结束的标志。首先闭合 焊开关进入引弧程序．提前送气一段时间后进行 慢速送丝引弧，焊丝接触到焊件且有电流流过，当 电流大于一定值时引弧成功。引弧成功后进入基值 和峰值脉冲循环阶段（主焊接阶段）：根据设定焊接 电流值、电压值、脉冲上升、下降沿微调值分别计 算出峰值时间 ，基值时间 。启动定时器１，定 时长度为 。在定时器１的中断服务子程序中启动 定时器２，定时长度为 ，并执行产生脉冲下降沿及 基值波形的子程序。 电流波形以设定脉冲下降微调值从峰值下降，
