谐振式短路过渡的熔池液面控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接方法领域，具体地说，是涉及一种谐振式短路过渡的熔池液面控制方法。
【背景技术】
[0002]短路过渡主要用在熔化极电弧焊中。短路过渡是指采用较小电流和低电压焊接时，熔滴在未脱离焊丝端头前就与熔池直接接触，电弧瞬时熄灭短路，熔滴在短路电流产生的电磁收缩力、重力及液体金属的表面张力作用下过渡到熔池中。谐振式短路过渡是一种现象。操作研究表明，在焊接过程中，具有谐振式熔滴短路过渡的焊缝，焊缝的边宽均匀，鱼鳞纹细密，熔深一致性较好，焊缝的缺陷极少，飞溅低，具有极高的焊接质量，其焊接效果如图1所示。但是，在焊接过程中，谐振式熔滴短路过渡现象不是经常发生的。所以，研发一种在焊接过程中持续保持谐振式熔滴短路过渡现象的方法以提高焊接质量是十分有必要的。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决上述技术问题提供一种谐振式短路过渡的熔池液面控制方法，实现全电流范围内的短路过渡，提高焊接质量。
[0004]图2为谐振式短路过渡示意图，熔池位于焊接方向的反方向，在电弧力即磁致收缩力和熔滴重力的共同作用下，加速了液态熔池向远方向移动，如图2中A图所示；在表面张力作用下，熔池规律性地回流，如图2中B图所示；并在高度上连接到不断送进并溶化的焊丝端部，此时熔滴已经长大，如图2中C图所示，此时的电流上升率要保证在一个合理的时间内，保证熔池的温度，并提供熔池与焊丝分离式的电流，此电流的大小，必须是产生合理的磁致收缩力所必需的。
[0005]谐振式短路过渡现象与焊丝干伸长、弧压、电流、送丝速度等密切相关，为了实现上述现象，发明人采用的技术方案是:
在电流大于40A且小于300A的情况下，流过焊丝的电流变化率Di/Dt为:
Di/Dt = K* (D+Ki) 2*Ia/ (Va_K2) (A / mS)；
其中:
K为常数，其取值范围为1.2-1.5 ;
D为焊丝直径；
I为修正值，其取值范围为0.4-0.7 ; la为的流过焊丝的电流；
Va为焊丝端部到工件两端的电压；
1为修正值，其取值范围为12-16。
[0006]作为优选，所述的K的取值为1.33。
[0007]进一步的，所述K1的取值范围为0.4-0.6。
[0008]进一步的，所述K2的取值范围为13-15。
[0009]综上，本发明的有益效果是:利用本发明的方法，可以实现在40A至300A的谐振式熔滴短路过渡现象，解决短路过渡全范围的实现问题，提高焊接质量。
【附图说明】
[0010]图1是现有焊接技术的焊接效果图。
[0011 ] 图2是谐振式短路过渡示意图。
[0012]图3是焊丝直径为0.8mm，电流Ia=100A、电压Va=19V时，未改进时的电压、电流波形图；
图4是焊丝直径为0.8mm，电流Ia=100A、电压Va=19V时，改进后的电压、电流波形图。
[0013]图5是焊丝直径为0.8mm，电流Ia=160A、电压Va=21V时，未改进时的电压、电流波形图；
图6是焊丝直径为0.8mm，电流Ia=160A、电压Va=21V时，改进后的电压、电流波形图。
[0014]图7是焊丝直径为0.8mm，电流Ia=180A、电压Va=24V时，未改进时的电压、电流波形图；
图8是焊丝直径为0.8mm，电流Ia=180A、电压Va=24V时，改进后的电压、电流波形图。
[0015]图9是焊丝直径为1.0 mm，电流Ia=110A、电压Va=19V时，未改进时的电压、电流波形图；
图10是焊丝直径为1.0 mm,电流Ia=110A、电压Va=19V时，改进后的电压、电流波形图。
[0016]图11是焊丝直径为1.0 mm,电流Ia=180A、电压Va=20V时，未改进时的电压、电流波形图；
图12是焊丝直径为1.0 mm,电流Ia=180A、电压Va=20V时，改进后的电压、电流波形图；
图13是焊丝直径为1.0 mm,电流Ia=210A、电压Va=22V时，未改进时的电压、电流波形图；
图14是焊丝直径为1.0 mm，电流Ia=210A、电压Va=22V时，改进后的电压、电流波形图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]熔化的气体保护焊丝在重力、磁致收缩力、表面张力作用下一滴滴的流向熔池，液态熔池液面呈周期性上下起伏波动。熔池液面的运动其固有频率是一定的。熔池越大，其固有频率越低。利用熔滴尺寸，燃弧脉动电流与熔池的固有频率“合拍”，建立全电流范围的熔池熔滴以及燃弧脉动电流的谐振系统，以达到低飞溅、优良的焊接熔深及焊缝外观成型。
[0019]焊接过程中，送丝速度会对系统产生影响。送丝速度越快，所需熔池跳动的频率也要越高；频率越高，送丝的力要相应增大；在焊接中，送丝速度正比于电流大小，故可用la电流表征送丝速度。
[0020]弧压也是影响谐振的一个重要因素。弧压越高，电弧的长度越长，液面升高所需要的时间越长，周期也就越长，此时所需要的Di/Dt越小，磁致收缩力对页面加速震动的作用也越小，有利于保持液面的跳动频率。
[0021]焊丝直径也是影响谐振的一个重要因素。单位时间送进焊接区域的金属量与焊丝直径密切相关。焊丝越粗，熔滴脱离焊丝端部所需磁致收缩力越大，所需要的Di/Dt越大。焊丝截面积跟直径的平方有密切关系。
[0022]根据上述分析，发明人在实验中发现，在电流大于40A且小于300A的情况下，以使熔化极电弧焊实现短路过渡的全范围覆盖，流过焊丝的电流变化率Di/Dt符合下述规律:
Di/Dt = K* (D+Ki) 2*Ia/ (Va_K2) (A / mS)；
其中:
K为常数，其取值范围为1.2-1.5 ;
D为焊丝直径；
I为修正值，其取值范围为0.4-0.7 ; la为的流过焊丝的电流；
Va为焊丝端部到工件两端的电压；
1为修正值，其取值范围为12-16。
[0023]在焊接领域，现象的产生很难用公式推导，即利用上述公式去推导谐振的产生是一件很困难的事。但是，谐振式短路过渡可通过电压波形反映，其周期性强。
[0024]在焊接过程中，焊丝的干伸长为Φ0.8 = 8/12、Φ1.0 = 10/15、Φ1.2 = 12/18。
[0025]选取直径为0.8mm的焊丝:
电流Ia=100A、电压Va=19V时，在高速摄影下，未采用上述方法时，其焊丝的电压、电流波形如图3所示，从波形中可看出其存在1个异常短路，影响焊接效果。采用上述方法，优选的，K=l.33，Κ^Ο.5，Κ2=14时，其焊丝的电压、电流波形如图4所示，从波形中可看出异常短路消失了且频率更均匀了，实现谐振式短路过渡。
[0026]电流Ia=160A、电压Va=21V时，在高速摄影下，未采用上述方法时，其焊丝的电压、电流波形如图5所示，从波形中可看出其存在3次异常短路，影响焊接效果。采用上述方法进行改进，且使K=1.3，Κ1=0.55，Κ2=15，其焊丝的电压、电流波形如图6所示，从波形中可看出异常短路消失了，熔池液面进入谐振状态。
[0027]电流Ia=180A、电压Va=24V时，在高速摄影下，未采用上述方法时，其焊丝的电压、电流波形如图7所示，从波形中可看出其存在9次异常短路，影响焊接效果。采用上述方法进行改进，且使K=l.33,1=0.45，Κ2=14.5，其焊丝的电压、电流波形如图8所示，从波形中可看出异常短路消失了，周期性变强，熔池液面进入谐振状态。
[0028]选取直径为1.0 _的焊丝:
电流Ia=110A、电压Va=19V时，在高速摄影下，未采用上述方法时，其焊丝的电压、电流波形如图9所示，从波形中可看出虽然没有异常短路的发生，但是其周期性不强，使得焊接效果受到影响。采用上述方法进行改进，且使K=l.35，Κ^Ο.55，Κ2=14，其焊丝的电压、电流波形如图10所示，从波形中可看出其周期性变强，熔池液面进入谐振状态。
[0029]电流Ia=180A、电压Va=20V时，在高速摄影下，未采用上述方法时，其焊丝的电压、电流波形如图11所示，从波形中可看出其存在5处异常短路，焊接效果不好。采用上述方法进行改进，且保持1(=1.33,1=0.5,1=13,其焊丝的电压、电流波形如图12所示，从波形中可看出异常短路消失，周期性变强，熔池液面进入谐振状态。
[0030]电流Ia=210A、电压Va=22V时，在高速摄影下，未采用上述方法时，其焊丝的电压、电流波形如图13所示，从波形中可看出其存在10处异常短路，影响焊接效果。采用上述方法进行改进，且保持1(=1.33,1=0.5,1=14,其焊丝的电压、电流波形如图14所示，从波形中可看出异常短路消失，周期性变强，熔池液面进入谐振状态。
【主权项】
1.谐振式短路过渡的熔池液面控制方法，其特征在于，在电流大于40A且小于300A的情况下，流过焊丝的电流变化率Di/Dt为:Di/Dt = K* (D+Ki) 2*Ia/ (Va_K2) (A / mS)； 其中: K为常数，其取值范围为1.2-1.5 ; D为焊丝直径； I为修正值，其取值范围为0.4-0.7 ; la为的流过焊丝的电流； Va为焊丝端部到工件两端的电压； 1为修正值，其取值范围为12-16。2.根据权利要求1所述的谐振式短路过渡的熔池液面控制方法，其特征在于:所述的K的取值为1.33。3.根据权利要求1或2所述的谐振式短路过渡的熔池液面控制方法，其特征在于:所述1的取值范围为0.4-0.6。4.根据权利要求1或2所述的谐振式短路过渡的熔池液面控制方法，其特征在于:所述1(2的取值范围为13-15。
【专利摘要】本发明公开了一种谐振式短路过渡的熔池液面控制方法，在电流大于40A且小于300A的情况下，流过焊丝的电流变化率Di/Dt为：Di/Dt＝K*（D+K1）２*Ia/（Va-K2）（A／mS）；其中：K为常数，其取值范围为1.2-1.5；D为焊丝直径；K1为修正值，其取值范围为0.4-0.7；Ia为的流过焊丝的电流；Va为焊丝两端的电压；K2为修正值，其取值范围为12-16。
【IPC分类】B23K9/173, B23K9/095
【公开号】CN105364264
【申请号】CN201510805830
【发明人】蔡立民, 袁荣勤, 王洪
【申请人】成都华远电器设备有限公司
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月20日