突然增大的电磁力和惯性动量促使熔滴脱离焊丝，再次降低电流保证熔滴沿焊丝轴线进入熔池，实现较高频率的、较小熔滴尺寸的自由过渡模式。
[0027]与现有的技术对比，本方案具有较为明显的优点，首先几乎没有除正常焊接所需设备以外的其他设备需求，设备投入成本小，便于方案的推广；其次从熔滴受力的角度着手，从根源上解决了熔滴过渡困难，并且没有副作用;最后，焊枪上没有附加其他装置，焊缝的可达性好，适合全位置，具有较好得发展前景。
[0028]此外，本发明可以适用高速摄像等手段研究脉冲电流关键参数对熔滴动态行为规律的作用机制，并揭示脉冲模式下电弧及气泡形态变化与和熔滴过渡之间的交互作用，建立直流/脉冲条件下的熔滴过渡数值模型，以掌握脉冲调控湿法FCAW工艺特点与焊缝成形规律。本发明的实施能够丰富水下湿法焊接工艺，优化水下湿法FCAW过程的鲁棒性和稳定性，具有重要的学术理论意义和工程应用价值。
【附图说明】
[0029]图1为药芯焊丝水下湿法FCAW电弧燃烧氛围图；图1中，a为气泡生成;b为气泡最大临界尺寸;C为正在长大的气泡；
[0030]图2为现有空气FCAW恪滴在不同时间点的状态图(焊接条件:31V，200A);
[0031]图3为现有水下湿法FCAW恪滴在不同时间点的状态图(焊接条件:31V，200A)；
[0032]图4为本发明脉冲电流水下湿法FCAW恪滴可控自由过渡原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面通过【具体实施方式】并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0034]—种基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，包括步骤如下:
[0035]步骤(I)、焊接准备:装夹好待焊工件，将焊丝伸出焊枪，伸出长度为17mm;焊丝使用普通水下湿法自保护药芯焊丝，本实施方式中使用金桥低合金钢药芯焊丝JC-29Ni I，焊丝直径为1.6mm，焊丝参数的选用可根据待焊工件的厚度和焊机功率进行更改。
[0036]步骤(2)、连接焊机与上位机，测试焊机与上位机的通讯信号；上位机是指焊接过程中对焊机输出进行控制的装置，由于本发明的焊接过程中需要对焊机的电流波形进行控制，因此需要焊机有与上位机通讯的接口，将焊机与上位机连接，当上位机与焊机通讯正常并且焊机向上位机返回了正常的信号后，即可开始焊接，本实施方式中上位机为PC机。焊机与上位机之间通过数字信号进行通讯。由于本发明中的电流的波形变化较快，要求控制响应速度较快，模拟信号由于自身响应速度较慢，响应速度达不到毫秒级，因此不能采用，运用数字信号的控制即可满足这个条件，所以必须依赖数字信号进行通讯才能保证足够得响应速度。本实施方式中，是通过RS422接口基于M0DBUS-RTU通讯协议并且运用Labview进行编程从而实现对焊机的控制。本领域技术人员可根据具体焊机的不同进行相应设置。
[0037]步骤(3)、设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接，焊接电流的脉冲波形的一个脉冲周期包括背景电流(background current)、第一谷值电流、箍缩电流(pinchcurrent)、第二谷值电流，如图4所示，图4为原理图，理论上一个脉冲周期包含两个谷值电流(valley current)，以脉冲时间顺序为区分依据，先发生的谷值电流为第一谷值电流，后发生的谷值电流为第二谷值电流，背景电流数值为230A，背景电流持续的背景时间为15ms，第一谷值电流数值为8 O A，第一谷值电流持续的第一谷值时间为8 m s，箍缩电流数值为从280A线性增长至350A，箍缩电流持续的箍缩时间为10ms，第二谷值电流数值为80A，第二谷值电流持续的第二谷值时间为8ms ο此时脉冲频率为25HZ左右，波形的平均电流为192A左右，送丝速度可根据平均电流的值来确定，设定送丝速度为4m/min，等速送丝。
[0038]由于是水下湿法焊接，采用了自保护药芯焊丝进行焊接，因此焊接的过程中不需要通入保护气。焊接采用自动焊，水深方面没有太大的影响，本实施方式的操作环境为在浅水条件下进行，水深的改变势必需要对参数进行重新调整，本领域技术人员利用本发明的工艺进行的参数调整也属于本发明的保护范围。
[0039]本发明从控制熔滴受力的角度着手，如图4所示，采用脉冲电流对熔滴过渡过程进行调控，即在较短时间内急速、大幅降低焊接电流，从而电弧热的减弱将显著降低气泡内的气体拖拽力，同时电弧力随电流下降而减小导致其对熔滴的上托作用也大幅下降，阻碍熔滴下落的两个力同时减小将有效打破其受力平衡，熔滴将由被排斥状态转换为向下垂落并产生一定幅度的震荡(即图4中t4时刻)；随焊接过程的进行熔滴尺寸小幅长大，并在熔滴向下的动量和重力等作用下出现一定缩颈(即图4中^时刻)，此时大幅升高焊接电流，则能够在熔滴缩颈处获得更大的、向下的电磁收缩力轴向分力，从而利用惯性动量和突然增加的电磁力作用使熔滴脱离焊丝(即图4中U时刻)；在熔滴即将失稳脱离焊丝时再次降低焊接电流，以防止较大排斥力作用于熔滴下落过程，保证熔滴沿焊丝轴线进入熔池(即图4中t7时刻)，随后将焊接电流升高至原值，开始下一个周期。如图4所示，在该脉冲焊接过程中必须要控制瞬时较低弧压的时长控制瞬时较低弧压的时长其实就是控制电流谷值波形持续时间，因为电流低了，电压也就相应低了，当谷值波形持续时间短了，对应的较低弧压时长也就短了，所以只是一个控制的问题，以保证弧压均值在正常范围，始终维持电弧在合理长度和气泡内气体的持续产生，为熔滴过渡提供空间并避免短路和熄弧。
【主权项】
1.一种基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，包括步骤如下: 步骤(I)、焊接准备:装夹好待焊工件，将焊丝伸出焊枪； 步骤(2)、连接焊机与上位机，测试焊机与上位机的通讯信号； 步骤(3)、设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。2.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(I)中，焊丝的伸出长度为17mm。3.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(2)中，焊机与上位机之间通过数字信号进行通讯。4.根据权利要求1所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中，焊接电流的一个脉冲周期波形包括背景电流波形段、第一谷值电流波形段、箍缩电流波形段、第二谷值电流波形段，所述背景电流波形段、第一谷值电流波形段、第二谷值电流波形段内的电流数值均为恒定值，所述箍缩电流波形段内的电流数值为线性增长的数值。5.根据权利要求4所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中，第一谷值电流波形段内的电流数值和第二谷值电流波形段内的电流数值均小于背景电流波形段内的电流数值，背景电流波形段内的电流数值小于箍缩电流波形段内的电流数值。6.根据权利要求5所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中，背景电流波形段持续的背景时间为15ms，第一谷值电流波形段持续的第一谷值时间为8ms，箍缩电流波形段持续的箍缩时间为10ms，第二谷值电流波形段持续的第二谷值时间为8ms。7.根据权利要求6所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中，背景电流数值为230A，第一谷值电流数值为80A，箍缩电流数值为从280A线性增加至350A，第二谷值电流数值为80A。8.根据权利要求7所述的基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中，设定送丝速度为4m/min，等速送丝。
【专利摘要】本发明涉及一种基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，属于焊接工艺技术领域，工艺包括步骤如下：步骤(1)、焊接准备：装夹好待焊工件，将焊丝伸出焊枪；步骤(2)、连接焊机与上位机，测试焊机与上位机的通讯信号；步骤(3)、设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。从改变湿法焊接熔滴受力条件入手，通过急速降低焊接电流降低熔滴受到的排斥力，促使其向下垂落产生震荡，然后急速增大焊接电流，利用突然增大的电磁力和惯性动量促使熔滴脱离焊丝，再次降低电流保证熔滴沿焊丝轴线进入熔池，实现较高频率的、较小熔滴尺寸的自由过渡模式，从源头上解决水下湿法的熔滴过渡困难，成本投入小，便于推广，具有较好的发展前景。
【IPC分类】B23K9/09
【公开号】CN105598557
【申请号】CN201610183482
【发明人】贾传宝, 张勇
【申请人】山东大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月28日