[發明專利]用于CO2氣體保護焊和藥芯自保護焊接的脈沖能量控制方法

無效

• 申請號: 200810046123.3
• 申請日: 2008-09-23
• 公開（公告）號: CN101362246A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 張自恒;李晉川
• 申請（專利權）人: 四川電子焊接設備公司
• 主分類號: B23K9/10
• 分類號: B23K9/10;B23K9/16
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所
• 代理人: 徐豐

技術領域

本發明涉及電弧焊接控制方法及自動化技術領域，確切地說涉及一種用于CO₂氣體保護焊和藥芯自保護焊接的脈沖能量控制方法。

背景技術

我國石油、天然氣能源的布局以及南澇北旱的自然條件，決定了西氣東輸和南水北調工程的開工建設，隨著經濟的高速發展，石油、天然氣管線建設將以更快的速度發展。大規模的管道施工，特別是野外長輸管線施工對焊接設備提出了很高的要求。如何提高機械化施工程度，減輕工人勞動強度；如何提高焊接質量保證一次探傷合格率；如何提高焊接設備工作效率，實現一機多用，減少運輸、安裝和維護費用；在山區、丘陵地帶無法實現機械化施工時對焊接設備小型化、重量輕的要求，都對新一代焊接設備提出了很高的要求。

弧焊電源的輸出形式通常分為恒流型，適用于手工焊條電弧焊如普通低氫型焊條、纖維素焊條、氬弧焊等；恒壓輸出型，適用于CO₂、藥芯絲自保護半自動及全自動焊接。目前，手工焊條焊及TIG焊電弧熔滴過渡形式的研究已相當成熟，包括纖維素下向焊功能，實現多功能輸出已沒有理論和技術性困難。但藥芯絲自保護焊、CO₂氣體保護焊在電弧理論和控制理論方面目前仍是研究熱點。藥芯絲自保護焊、CO₂氣體保護焊由于焊接效率高，成本低，可半自動或全自動焊接，得到了廣泛的應用并逐步取代手工電弧焊，但是由于CO₂氣體的性質造成飛濺大、成型差的缺點限制了這一焊接方法的進一步應用；盡管多年來在克服上述兩點缺點方面取得了一定成功，但遠遠沒有達到理想的程度。

美國林肯電氣公司1993年正式推出了一種利用表面張力控制熔滴短路過渡(STT)的電源，并以STT及相關技術在美國申請了九項專利(專利號分別為US4717807、US4835360、US4866247、US4897522、US4897523、US4954691、US4972064、US5001326、US5002154、US5148001)，在中國申請了一項發明專利(公開號為：CN1033448A發明名稱為：控制短路型焊接系統的方法和裝置)，該技術中，電源“將電焊電流轉換到基本電流值以響應短路狀態，將焊接電流通常保持在基本電流值上一段預定時間，然后允許焊接電流達到正常安全電流電平值，并使保持步驟在預定時間以前結束以響應檢測的電弧狀態”，這種輸出極大地區別于以前的恒流或恒壓特性控制方式的輸出，以柔和的電弧和極小的飛濺成為新一代波形控制的代表，美國林肯公司的上述技術對熔滴短路過渡周期中的不同過程采用了控制輸出電流的方式。燃弧階段輸出大電流使熔滴能迅速生成；當短路發生時迅速減少電流輸出，使熔滴依靠重力和表面張力過渡到熔池中。這種控制方式使得焊接飛濺大大減少，成型美觀，但在實際焊接中，由于過渡時能量減小使得電弧穿透力不足，工件熔深不夠，可能出現咬邊和未融合現象。

國內清華大學的專利(公開號為：CN1164453A發明名稱為：用于二氧化碳焊接的逆變式弧焊電源時變輸出特性控制方法)；作者楊立軍等，出版單位：天津大學材料科學與工程學院，名稱為“CO₂焊短路過程動特性與外特性的關系”的期刊文件；作者為張光先等，出版單位為山東大學材料科學與工程學院，名稱為“CO₂氣體保護焊表明張力的過渡”的期刊文件等都是基于林肯提出的CO₂焊接過程的短路過渡方式進行研究。

但是，上述文件中采用的技術方案都在于強調電弧柔和和減小飛濺，對焊縫熔深不夠、未熔合等問題仍未涉及。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種在焊接過程中精確控制脈沖能量輸出，使金屬熔滴在不同的過渡方式下都能得到足夠的熔深、最小的飛濺和良好的成型的用于CO₂氣體保護焊和藥芯自保護焊接的脈沖能量控制方法，本發明在現有波形控制基礎上直接以能量(電源功率P＝UI)的方式以脈沖形式輸出，能滿足CO₂氣體保護焊和藥芯自保護焊對焊接電源的要求，通過調整施加到電弧上的瞬時能量，使焊接過程具有較小的飛濺又能到達足夠的熔深和良好的焊縫成型。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種用于CO₂氣體保護焊和藥芯自保護焊接的脈沖能量控制方法，其特征在于：通過檢測電弧電壓確定熔滴過渡周期，在一個過渡周期中分為三個階段以不同方式輸出：