铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法制造技术

本发明专利技术涉及材料加工技术、焊接。具体讲，本发明专利技术涉及铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法。为提供一种铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法，控制焊接弧长，解决铝及铝合金的焊接存在的一些较大的技术问题，如产生气孔、裂纹、夹渣等缺陷，以及焊缝成形、晶粒粗大等问题，本发明专利技术采用的技术方案是：铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法，包括下列步骤：选择ａｂ线的斜率大于或等于通过ａ点的电弧静特性的斜率，ｅｄ线的斜率应大于或等于通过ｄ点的电弧静特性的斜率，ａｅ线和ｃｄ线为两条电源恒流特性曲线，ｂｃ线的斜率应明显大于等熔化曲线的斜率；使电弧在ａｅ线上燃烧，当电弧电压小于或等于ａ点电压时，使电弧电流跳至ｂ点沿ｂｃ线增加，电弧在ｃｄ线上稳定燃烧，当电弧电压大于或等于ｃｄ线上某一点的电压值时，电弧电流跳至ａｅ线燃烧，进入下一个循环。本发明专利技术主要用于材料加工技术、焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料加工技术、焊接。具体讲，本专利技术涉及铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法。
技术介绍
铝MIG焊的熔滴过渡方式有大滴过渡、射滴过渡、短路过渡和亚射滴过渡。大滴过渡是在电流较小时的熔滴过渡方式；当电流超过射滴过渡临界电流后，熔滴过渡方式变为射滴过渡。此时，熔滴直径接近焊丝直径，脱离焊丝沿轴向过渡，加速度大于重力加速度。铝及铝合金的MIG焊(即熔化极气体保护焊)进行直流焊接时，一般采用射滴过渡方式，适于中厚板或大电流容量的焊接要求。当需要减小焊接电流容量时，目前往往采用脉冲电流焊接的方法，而不采用大滴过渡和短路过渡方式，因这样的熔滴过渡方式焊缝质量不好。铝及铝合金的脉冲电流MIG焊接方法有许多类型，如电源具有垂直加外拖外特性的控制薄板铝合金脉冲MIG焊，双脉冲MIG焊，交流脉冲MIG焊，电弧长度的自适应闭环控制法，针对送丝速度波动的电弧长度自动平衡的Synergic控制，等等。但尚未见到专门将电弧及熔滴过渡控制在亚射流过渡区的文献报道。亚射滴过渡习惯上称为亚射流过渡，是介于射滴过渡和短路过渡之间的一种熔滴过渡方式，其弧长较短，一般在2~8mm之间变化。在电弧热的作用下，熔滴形成长大，在形成缩颈即将以射滴方式脱离焊丝之际与熔池短路，在电磁收缩力作用下细颈破断，重新燃弧完成过渡。亚射流过渡的熔滴短路时间极短，电流上升不大，缩颈就断裂，存在区域很窄，如图1所示。产生亚射流过渡的电流、电压值特点是电流一般要超过射滴过渡临界电流，电压又不能太高。利用亚射流电弧焊接铝及铝合金就存在一些不同于其他焊接方法的特点。(1)优点(a)电弧为碟形，阴极雾化区大，焊缝起皱及表面黑粉现象比射流过渡少；(b)可以采用恒流外特性电源焊接；(c)射流电弧的熔深形状为“指形”，而亚射流电弧为“碗形”，避免了“指形”熔深引起的熔透不足等缺陷。(2)缺点亚射流电弧弧长范围不宽(φ1.6铝焊丝2~8mm)，对于一定的送丝速度，最佳焊接电流范围相当窄，不易控制。亚射流过渡电弧弧长较短，向四周扩展为碟形。在熔化特性上也有其不同的特点，图2是φ1.6铝焊丝的熔化特性曲线，又可称为等熔化曲线。每一条曲线代表一个送丝速度，特性曲线上的数字表示焊丝末端与母材表面的距离(即电弧的可见长度)。从图中可以看出，焊丝熔化特性曲线在射滴过渡区域几乎是垂线，焊丝熔化系数基本不受弧长的影响。但进入亚射流过渡区后特性曲线向左弯曲，熔化系数随弧长增加而减小，随弧长减小而增大。而且这种变化在大电流下更明显。弧长若进一步减小(约2mm以下)，特性曲线又向右弯曲，焊丝与工件频繁短路，进入短路过渡区。铝合金焊丝的熔化也呈现类似的特点。图2的特征曲线虽然是φ1.6铝焊丝的，但其他范围在φ0.8~2.4直径的铝及铝合金焊丝也都具有相似的特征曲线。综上所述，目前，铝及铝合金的焊接存在一些较大的技术问题，如产生气孔、裂纹、夹渣等缺陷，以及焊缝成形、晶粒粗大等问题。亚射流过渡的区间很窄，弧长短，不易控制。若控制弧长短，则弧长稍有波动，就很容易进入短路过渡区；若控制弧长大一些，则很容易进入射滴过渡区。况且，对弧长的控制主要是通过检测弧压来进行的，而亚射流过渡区弧长变化引起的弧压变化较小，变化区间很窄，并且电流越小，这种弧压变化的区间越窄。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法，控制焊接弧长，解决铝及铝合金的焊接存在的一些较大的技术问题，如产生气孔、裂纹、夹渣等缺陷，以及焊缝成形、晶粒粗大等问题。本专利技术采用的技术方案是铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法，包括下列步骤确定a、b、c、d和e五点选择ab线的斜率大于或等于通过a点的电弧静特性的斜率，ed线的斜率应大于或等于通过d点的电弧静特性的斜率，a点电压14～19伏特，d点电压20～30伏特，c点电压小于d点电压5伏特，ae线和cd线为两条电源恒流特性曲线，bc线的斜率应明显大于等熔化曲线的斜率；使电弧在ae线上燃烧，电弧电压逐渐减小，当电弧电压小于或等于a点电压时，使电弧电流跳至b点沿bc线增加，到cd线电弧电流恒定，使电弧在cd线上稳定燃烧，电压逐渐增加，当电弧电压大于或等于cd线上某一点的电压值时，电弧电流跳至ae线燃烧，进入下一个循环。所述ae线恒流值为基值电流，小于50安培。所述ae线恒流值为基值电流，选择为30安培。所述cd线恒流值为脉冲电流，大于180安培。所述cd线恒流值为脉冲电流，选择为235安培。所述电弧电流频繁地在a、d点之间跳转时，脉冲电流的频率自动增大。所述a点和d点电压值的差决定允许的电弧弧长波动范围，当允许的弧长波动范围较小时，电弧电流会频繁地在a、d点之间跳转，使脉冲电流的频率随电弧电流的跳转自动增大。所述cd线恒流为脉冲电流，随着所述电弧电压的变化，自动调整增大(或减小)工作于脉冲电流的时间。采用的焊丝直径在Φ0.8和Φ2.4之间。本专利技术具备以下效果由于本专利技术a、b、c、d和e五点及连线的选择，使焊接电压、电流限定于亚射流过渡区内，因而本专利技术将焊接弧长严格控制在亚射流过渡的区间内，解决了铝及铝合金的焊接存在的一些较大技术问题，如产生气孔、裂纹、夹渣等缺陷，以及焊缝成形、晶粒粗大等问题。附图说明图1铝MIG焊熔滴过渡形式分布图2铝MIG焊熔化特性图3亚射流电弧的控制图4 Al脉冲MIG焊自适应控制实验波形1图5 Al脉冲MIG焊自适应控制实验波形2图6脉冲MIG焊自适应控制过程的高速摄像3(1000幅/秒，φ1.6)具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术。亚射流过渡的区间很窄，弧长短，不易控制。若控制弧长短，则弧长稍有波动，就很容易进入短路过渡区；若控制弧长大一些，则很容易进入射滴过渡区。况且，对弧长的控制主要是通过检测弧压来进行的，而亚射流过渡区弧长变化引起的弧压变化较小，变化区间很窄，并且电流越小，这种弧压变化的区间越窄。为克服上述缺点，采用如图3所示的脉冲电流自适应控制模式。图中虚线代表图2中铝MIG焊的等熔化曲线，相应的ab线和ed线之间的区域在亚射流过渡区内；mn线代表铝MIG焊电弧静特性，处于U形曲线的上升段；ae线和cd线代表两条电源恒流特性曲线，ae线电流很小，这样的电流很难形成熔滴过渡，cd线电流较大，位于射流过渡区，足以产生射滴过渡；bc线斜率应大于亚射流过渡区等熔化曲线的斜率。图3所示的控制过程如下首先假设电弧在ae线上燃烧，电压逐渐减小，当电弧电压小于或等于a点电压时，电流跳至b点沿bc线增加，到cd线电弧电流稳定燃烧；电弧在cd线上稳定燃烧，电压逐渐增加，当电弧电压大于或等于cd线上某一点的电压值时，电流跳至ae线燃烧，进入下一个循环。图中a、d两点的位置选择是关键，a点电压值是电压下限，d点电压值是电压上限。当电弧电压低于a点电压时，熔滴很容易与熔池短路，进入短路过渡区；当电弧电压高于d点电压时，很容易进入射流过渡区。选择ab线的斜率应大于或等于通过a点的电弧静特性的斜率，ed线的斜率应大于或等于通过d点的电弧静特性的斜率，这样可以保证电弧的电流、电压变化处在亚射流过渡区内。电弧电流越小，亚射流过渡区越窄，因此a点电压控制及控制点的选取极为重要，此电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝及铝合金熔化极气体保护焊的亚射流过渡自适应控制法，其特征在于，包括下列步骤：确定ａ、ｂ、ｃ、ｄ和ｅ五点：选择ａｂ线的斜率大于或等于通过ａ点的电弧静特性的斜率，ｅｄ线的斜率应大于或等于通过ｄ点的电弧静特性的斜率，ａ点电压１４～１ ９伏特，ｄ点电压２０～３０伏特，ｃ点电压小于ｄ点电压５伏特，ａｅ线和ｃｄ线为两条电源恒流特性曲线，ｂｃ线的斜率应明显大于等熔化曲线的斜率；使电弧在ａｅ线上燃烧，电弧电压逐渐减小，当电弧电压小于或等于ａ点电压时，使电弧电流跳至ｂ点沿ｂ ｃ线增加，到ｃｄ线电弧电流恒定，电弧在ｃｄ线上稳定燃烧，电压逐渐增加，当电弧电压大于或等于ｃｄ线上某一点的电压值时，电弧电流跳至ａｅ线燃烧，进入下一个循环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立军，李志勇，李桓，李俊岳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]