（控制科学与工程专业论文）熔化极气体保护焊弧长控制技术研究.pdf

摘要 熔化极气体保护焊( g m a w ) 是一种先进的焊接方法，具有效率 高、成本低、节能、焊缝成形美观、环境污染小、利于文明施工和便 于实现自动化等优点，在激烈的市场竞争中显示出强大的优势。在熔 化极气体保护焊过程中，焊接电弧的变化会引起焊接工艺参数的变 化，从而影响焊缝成形及焊接质量，甚至引起焊接过程的不稳定。如 弧长太短会频繁产生短路而造成焊接飞溅及未熔合或熔合不良等焊 接缺陷；弧长太长会产生气孔及焊缝成形差等焊接缺陷。因此控制焊 接电弧弧长的稳定性，对保证焊接产品的质量和提高劳动生产率都有 重要的意义。 在分析熔化极气体保护焊接工艺特性的基础上，采用典型的模块 化建模方法建立熔化极气体保护焊模型。采用以微分几何为数学工具 的精确反馈线性化方法，将g m a w 系统非线性模型同胚转化为与其 相等价的线性系统模型，这样就把原本比较复杂的非线性系统的控制 问题转化为较简单的线性系统的控制问题，从而降低了系统控制器设 计的复杂程度，使被控对象的控制效果远远地优于对非线性系统的直 接控制。然后，采用简单自适应控制算法，对g m a w 焊接过程进行 控制，保证电弧在焊接过程中遇n 多 i - 界干扰时能快速进行调节，实现 稳定的焊接过程。 最后开发了一套基于d s p 为核心的数字控制系统，完成了熔化 极气体保护焊弧长控制系统的硬件电路设计和软件设计。并通过 m a t l a b 仿真研究表明，该控制系统能真正实时地监测焊接过程中 参数的变化，能满足对焊接中电弧弧长的精确控制，同时对系统参数 变化和外部的随机扰动具有较强的鲁棒性。 关键词：熔化极气体保护焊；反馈线性化；简单自适应控制；弧长控 制；鲁棒性 a bs t r a c t g a sm e t a la r cw e l d i n g ( g m a w ) i sa na d v a n c e dw e l d i n gm e t h o d w i t hm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g he f f i c i e n c y , l o wc o s t ，s a v i n ge n e r g y , e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，r e a l i z i n ga u t o m a t i o ne a s i l ya n ds oo n s oi t s h o w sap o w e r f u la d v a n t a g ei n 也ef i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n i nt h e g m a w p r o c e s s ，t h e a r c l e n g t h sv a r i a b i l i t yw i l l l e a dt oc h a n g et h e w e l d i n gp a r a m e t e r s ，e v e nb r e a kt h es t a b i l i t yo ft h ew e l d i n gp r o c e s s t h e s h o r ta r cw i l lf r e q u e n t l yp r o d u c es h o r tc i r c u i t sa n dc a u s eb a df u s i o no r w e l d i n gs p a t t e r o nt h ec o n t r a r y , i tw i l lc r e a t ew e l dp o r o s i t ya n dp o o r f o r m a t i o n t h e r e f o r e t h ec o n t r o lo ft h es t a b i l i t yo ft h ea r cl e n g t hi s m e a n i n g f u lf o rt h ew e l d i n gq u a l i t ya n dp r o d u c t i v i t y a ni n v e s t i g a t i o nw a sm a d et ot h eg 压a ws y s t e mp r o c e s s a n d f u r t h e rf o rt h ec o n t r o lp u r p o s ead y n a m i cs y s t e ma n dac o n t r o lm o d ew e r e d e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h eg m a ws y s t e m s b y m e a n so ft h ef e e d b a c kl i n e a r i z a t i o np r o c e d u r eo fd i f f e r e n t i a lg e o m e t r y , a n e q u i v a l e n t f u l l yc o n t r o l l a b l ea n dl i n e a rm a t h e m a t i c a lm o d ew a sd e r i v e d v i aah o m e o m o r p h i s m st r a n s f o r m a t i o n ，w h i c hm a k e st h ec o m p l i c a t e d n o n l i n e a rc o n t r o lp r o b l e mt r a n s f o r m e di n t oas i m p l el i n e a rc o n t r o l p r o b l e m a n dt h e n as i m p l ea d a p t i v ec o n t r o l ( s a c ) a l g o r i t h mw a s a p p l i e di nt h eg m a ws y s t e m s ot h ea r cc a nq u i c k l yb ea d j u s t e dw i t ht h e o u t s i d ei n t e r f e r e n c e ad i g i t a lc o n t r o l s y s t e mb a s e do nd s pw a sd e v e l o p e da n dt h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o n f i g u r a t i o n so ft h eg m a wc o n t r o ls y s t e mw e r e c o m p l e t e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t si nt h ep l a t f o n nm a t l a bs h o w e dt h e e f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dc o n t r o l l e r t h ea l g o r i t h mi ss a t i s f i e dw i t h e x a c tc o n t r o lo fw e l d i n ga r cl e n g t ha n dt h es t r o n gr o b u s t n e s sf o rt h e s y s t e mv a r i a t i o n sa n dd i s t u r b a n c e s k e yw o r d s ： g a sm e t a l a r cw e l d i n g ；f e e d b a c kl i n e a r i z a t i o n ； s i m p l ea d a p t i v ec o n t r o l ；a r cl e n g t hc o n t r o l ；r o b u s t n e s s i i 硕十学位论文第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 从2 0 世纪至今，世界各地都曾发生过多次与焊接质量有关的重大伤亡事故。 例如：1 9 3 0 年，欧洲几座焊接桥梁因存在焊接缺陷发生脆性断裂；1 9 3 5 年，日 本海军军舰在遭遇台风时，因焊接质量问题而导致军舰遭受重大破坏；1 9 5 0 年， 美国采用h y - 8 0 钢焊接制造潜艇产生大量氢致裂纹；1 9 9 4 年l o 月2 1 日，韩国 首尔桑苏大桥因在维护过程中出现焊接失误而导致瞬间坍塌；2 0 0 0 年9 月3 号， 长江三峡工地泄洪坝段的3 号塔带机吊耳焊缝焊接质量有严重缺陷，从而导致2 号皮带机突然垮塌，并最终造成伤亡惨重的重大事故【l 】。因此，如何在焊接过程 中实时监测并控制焊接过程，提高焊接产品质量、降低焊接废品率；如何设计合 理的焊接智能控制方法和控制系统，满足现代化生产实际的需要，已经成为研究 焊接质量控制的重点。 熔化极气体保护焊( g m a w ) 焊缝成形美观、对环境的污染也很小，使用这种 先进的焊接方法，在实际生产中容易实现机械化及智能化，进而节省了焊接成本， 也提高了生产效率，在竞争日趋激烈的市场中显示出了很大的优势。所以g m a w 焊接方法在众多熔焊方法中已经居于领先地位。根据上世纪9 0 年代初按熔敷金 属量的统计数据显示，许多发达国家的大约2 1 3 的焊接已经采取g m a w 法，在 日本、德国等国家使用率已经超过七成，普通的手弧焊的使用率已不足两成。在 我国的“八五”“九五”中已经把推广熔化极气体保护焊列入了规划。 自2 0 0 0 年以来，工业生产已经大大进步，市场竞争也已经进入到了一个白 热化地步。为了提高产品的市场竞争力，提高生产率和降低生产成本已经成为了 各生产厂家极为关注的问题。焊接作为工业生产的重要组成部分，提高其焊接效 率，对于提高整体生产力具有很重要的作用。作为焊接领域的主要的外部条件， 自动化技术、人工智能理论等学科的不断进步，大大提升了焊接的生产效率，但 是焊接方法自身的低效率就严重影响着焊接技术的向前发展。于是自动的，半自 动的焊接和机器人g m a w 成为了最广泛使用的方法【2 】。 在熔化极气体保护焊过程中，焊接电弧的变化会引起焊接工艺参数的变化， 从而影响焊缝成形及焊接质量，甚至引起焊接过程的不稳定。如弧长太短会频繁 产生短路而造成焊接飞溅及未熔合或熔合不良等焊接缺陷；弧长太长会产生气孔 及焊缝成形差等焊接缺陷。因此控制焊接电弧弧长的稳定性，对保证焊接产品的 硕士学位论文 第一章绪论 质量和提高劳动生产率都有重要的意义。 进行本课题的研究具有以下重要意义： ( 1 ) 在气体保护焊接生产过程中引入数字计算机技术，从而有利于实现焊接 生产过程的智能化和自动化。 ( 2 ) 采用数字处理方法对熔化极气体保护焊的焊接过程进行分析，便于把焊 接电弧和焊接电流信号转化为更加形象直观和容易理解的控制图，从而为评估焊 接生产过程的稳定性和焊接产品质量提供了依据。 ( 3 ) 有利于提高焊接生产效率，降低焊接生产成本，提高企业的经济效益。 ( 4 ) 为深入研究焊接生产过程、焊接材料及焊接新工艺等提供了有效的方法 和手段。 1 2 气体保护焊的国内外研究现状及发展 气体保护焊技术是在手工电弧焊应用基础上逐步发展起来的，是一种节能、 优质、高效的焊接工艺。特别是在第二次世界大战和战后的几十年中，由于科学 技术的突飞猛进和现代工业的迅速发展，各种新的金属材料和新产品对焊接技术 及质量提出越来越高的要求，促进了比熔渣保护焊更优越的气体保护焊的技术开 发和推广应用。目前气体保护焊的发展已经进入一个新的阶段，产生了许多先进 的、实用的和高效的气体保护焊方法及新工艺【3 】。 1 2 1 气体保护焊的历史发展 气体保护焊是在气体保护气氛中，以电弧为能源对被焊金属进行熔化焊的焊 接方法，简称为气电焊。最早在焊接生产中应用的气体保护焊方法是氢原子焊， 由于氢原子焊的焊接加热过程较缓慢、传热范围宽，同时氢气保护对焊接熔池会 产生有害作用，一般只用于焊接低碳钢的薄壁构件和焊缝补焊，应用范围有限， 目前已经很少采用。 在工业生产中的气体保护焊经历了三个重要的发展阶段： 2 0 世纪3 0 - 5 0 年代，是惰性气体保护焊的发展阶段，包括非熔化极惰性气 体保护焊( t i g ) 和熔化极惰性气体保护焊( m i g ) ； 2 0 世纪5 0 6 0 年代，是活性气体保护焊的发展阶段，包括c 0 2 气体保护焊、 熔化极混合气体保护焊( m a g ) ； 2 0 世纪7 0 年代至今，是等离子弧焊( p a w ) p a 及先进的数字化焊接设备( 如逆 变电源、智能控制等) 的发展阶段。 非熔化极惰性气体保护焊是在氩气保护下利用钨极与工件间的电弧热加热 金属形成焊接接头的工艺方法。这种工艺最初用于一些“难焊”的金属材料。2 0 2 硕士学位论文第一章绪论 世纪3 0 年代初开始了铝、镁等有色金属焊接的商业性开发，但其实际应用范围 比较狭窄。而且在焊接过程中的保护气体只能选择氦气( h e ) ，焊接电源为直流电 源且焊丝接阳极，从而容易导致阳极过热熔化并流入焊缝，降低焊接产品质量。 随着二战的爆发，由于飞机制造业的快速发展，需要焊接大量的金属材料飞 机机身及其发动机等零件，而且对焊接产品有更严格的质量要求。此时传统非熔 化极惰性气体保护焊方法及人工手工焊接法都已均不能满足实际生产要求，从而 推动了非熔化极惰性电弧焊的不断改进，发明了惰性保护气体用氩气的钨极氩弧 焊方法。但在用这种方法进行焊接时，要限制系统电流的大小使其不能超过一定 值，而且在焊接过程中焊丝的送进也很麻烦，故此方法对比较大的焊件不太适合 采用，其焊接工作效率也比较低 4 】。 交流氩弧焊机的出现和开发出的高频稳弧装置，使铝、镁、钛等有色金属钨 极氩弧焊接头的质量明显提高。氦气最初用于惰性气体保护焊早期开发阶段，后 来由于氩气的大量供应而大部分取代了氦气。钨极氩弧焊工艺从2 0 世纪4 0 年代 初开始在工业上被大量采用，并且成为现代气体保护焊工艺的先驱。钨极氩弧焊 的填充材料为实芯焊丝，可以是钢焊丝，也可以是有色金属焊丝，通过手工方式 填加。 为了解决钨极氩弧焊方法的各种缺陷，专家学者们对熔化极惰性气体保护焊 方法进行了初步研究。随后，非熔化极钨极就逐渐被可熔化的焊丝所取代，从而 发明了熔化极惰性气体保护焊方法，既脉冲熔化极气体保护焊。1 9 4 8 年美国开 始应用m i g 焊，随后在世界各地得到广泛应用。主要采用半自动焊( 焊丝自动送 进，焊炬手工操作) 。人们较好的掌握了熔化极氩弧焊时焊丝金属的加热熔化与 熔滴过渡规律，以及有关工艺条件，熔化极氩弧焊才逐渐在焊接生产中得到推广 和广泛应用。但是直到六十年代初期，m i g 焊方法在随着焊炬的自动运行实现 后，才出现了焊接的自动化生产线。 等离子弧焊( p a w ) 是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种先进、高效的焊 接方法，主要是通过压缩电弧产生的等离子弧进行焊接，焊接过程中采用的保护 气体是氩气。1 9 5 4 年研究者们发现，进过压缩的电弧能力更加集中，电弧温度 和射流速度大幅度提高。这种具有高温、长弧柱特性的拘束态电弧很快被用于切 割有色金属，随后进一步的实验研究证实，这种压缩电弧也可用于焊接。 1 9 6 6 年美国l i n d e 公司与w e s t i n g h o u s e 电气公司合作开发研制了一套自动 化等离子弧焊设备，用于焊接直径为3 m 、壁厚为9 5 m m 、材料为d 6 a c 钢的大 力神a c 火箭助推器壳体，这标志着等离子弧焊正式应用于实际产品的生产。 我国等离子弧焊的研究和发展始于2 0 世纪6 0 年代末，经过近4 0 年的发展 已经日趋完善，无论在焊接方法和焊接工艺方面，还是焊接设备、焊枪结构、控 硕士学位论文 第一章绪论 制系统以及等离子气体和保护气体等方面都得到了较大的发展。目前已经成功的 发展了多种等离子弧焊工艺方法，例如微束等离子弧焊、等离子弧熔化极气体 保护焊、脉冲等离子弧焊、交流等离子焊接等。 虽然熔化极氩弧焊方法有很多优点，但由于氩气很稀少并且提取成本很昂 贵，因此在焊接大量的普通焊件时，焊接的生产成本就很高，从而不利于该方法 的大量推广。当把稀有气体氩气换成廉价气体后，在对低碳钢及低合金钢进行大 量焊接时，就可以大大降低生产成本从而使气体保护焊方法得到广泛应用。 早在2 0 世纪3 0 年代电弧焊发展的初期，人们就曾设想并实验用c 0 2 气体 作为保护气体焊接碳钢，但由于当时采用的是普通低碳钢焊丝，焊接过程中发现 焊缝金属有严重的氧化现象，并产生大量气孔，同时因为未能掌握焊丝加热熔化 与熔滴过渡规律，致使在焊接生产中无法应用。 通过对手工电弧焊时焊条药皮分解产生的气体的分析研究表明，焊条药皮产 生的气体主要是c 0 2 。这个发现很快导致在使用熔化极气体保护焊工艺的焊接低 碳钢时采用c 0 2 作为保护气体。但是用c 0 2 作保护气体的早期实验是不成功的， 因为c 0 2 气体的高氧化性造成了焊丝中元素的大量烧损，严重恶化了焊缝金属 的质量。直到进一步实验调整了焊丝的化学成分，开发出专用于碳钢焊接的c 0 2 气体焊接设备和工艺后，c 0 2 气体保护焊在低碳钢上才得了广泛应用。 到2 0 世纪5 0 年代，c 0 2 气体保护焊在工业上的应用才得到重视，它的最成 功应用是在汽车制造业中的半自动和全自动焊接。较高的熔敷效率和焊接速度是 c 0 2 气体保护焊得以广泛应用的主要工艺特点，但是由于焊接熔池流动性大，也 使这种工艺只限于平焊及横焊位置，对于粗丝c 0 2 气体保护焊，熔化过程很快， 使得手工操作的半自动焊接十分困难，同时焊接飞溅也很大【5 】。 药芯焊丝c 0 2 气体保护焊是在焊丝发展基础上产生的一种新型、高效的气 体保护焊方法。2 0 世纪6 0 - 8 0 年代，药芯焊丝c 0 2 气体保护焊的发展主要集中 于采用粗丝、大电流以获得高质量的焊接接头，并主要应用于大型和中型结构的 焊接，但只能进行平焊位置的焊接。采用的焊丝直径一般为2 4 m m 、2 8 m m 世 号手o 2 0 世纪9 0 年代以来，随着细直径全位置药芯焊丝( 直径 、 昌4 0 脚 色 南 脚2 0 电弧长度m m 8 6 5 6 一、l 3 51 1 、 、之 2 0 _ - l 2 0 04 0 0 6 0 08 0 0 焊接电流i a a 图2 - 2t i g 焊和埋弧焊的电弧静特性曲线 ( 3 ) 大电流区间电弧静特性呈上升特性。当焊接电流进一步增大时，特别是 用细焊丝气体保护焊( g m a w ) 焊接时，电弧弧柱区尺寸受焊丝直径的限制，随着 焊接电流的增加，电弧弧柱的电流密度增大。同时，金属蒸汽的喷射、等离子流 冷却作用的进一步加强及电磁收缩力的作用，电弧断面不能随焊接电流的增加而 成比例地增大，使得电弧电导率减小，为了保证一定的焊接电流通过则要求较大 的电场强度e 。所以在大电流区问，随着焊接电流的增加，弧柱的电场强度增大。 另外，阴极及阳极压强在这种情况下影响不大。所以电弧电压u a 主要受弧柱压 降的影响。它随着焊接电流的增加而升高，使得电弧静特性呈上升趋势。如 1 2 堡主堂垒兰塞第二章熔化极气体保护焊的工艺特性分析 一一_ 一二一一： g m a w 的电弧静特性大多为上升特性，如图2 。3 所示。 5 0 4 0 羹3 0 瑙 掣 器2 0 1 0 钼台金 焊丝文径i 6 m n1 可见 弧长 r w 矿 挥缝：囊正( e p ) l 一一- ， 。 1 5 m m _ 一 ，_ 一，“ 。_ 一一 _ 一-1 0 m m 一一：髟 一 6 r a m 0 r a m j _ - o5 0 1 0 01 5 02 0 02 5 03 0 0 3 5 0 4 0 0 焊接电流l a a 图2 - 3 铝合金m i g 焊的电弧静特性曲线 2 1 2 焊接电弧的动特性 对于一定弧长的电弧，当焊接电流发生连续的快速变化时，电弧电压与电流 瞬时值之间的关系称作电弧动特性。 显然，恒定直流电弧不存在动特性问题。这里所指的连续快速变化的焊接电 流有交流电弧、短路过渡电弧、脉冲电弧以及引弧和收弧过程中发生的电弧特性。 由于焊接电流时时间的函数，则电弧中带电粒子的密度、弧柱的尺寸和电弧温度 都随之变化，同时阴极和阳极温度也随之变化，因此电弧电压也必然随时闻变化。 可见电弧动特性是指电弧电压对于焊接电流变化的影响能力。 交流电弧的动特性如图2 4 所示。图2 - 4 a 为交流焊条电弧焊时电弧电压与焊 接电流随时问的变化关系。圈2 舶为交流电弧的动特性曲线。交流电弧时，电 弧的状态也就是等离子体的温度、电导率和电弧区压降等在不断变化着。当极性 发生转换时，电弧电压变到零，接着在原阳极表面迅速形成阴极。为此需要施加 高电压，图中p 点所对应的电压称做再引燃电压u r 。电弧引燃后，在焊接电流 从零向最大值变化的过程中，电弧电压按p q r 点的顺序变化。当焊接电流以最 大值向零变化时，电弧电压按着r s t 点的顺序变化。p q r 点电弧电压值大于r s t 点的值，这表明电弧电压滞后于焊接电流丽变化。滞后的根本原因是因为弧柱或 电极具有一定的热容，由于热惯性，其温度的变化也需要定的时问，从而使弧 差或电极的变化与电弧电愿在相位上不同步，且总是滞后予焊接电流变化。同样， i 直流脉动焊接电流情况下，也存在等离子体的热惯性作用，其动伏安特性就 似于电阻特性。 因此，为了保证在变动电流作用下焊接过程的稳定性，应考虑到电弧动特性 寺点，采取相应的焊接参数与之配合。 硕士学位论文第二章熔化极气体保护焊的工艺特性分析 删 p r陡，庐 0 渺 。 l u j v ， p r u r 忪 0 。 肠 勺 ，u r r 图2 - 4 交流电弧的动特性曲线 2 1 3 焊接电弧的稳定性及其影响因素 焊接电弧的稳定性是指焊接时在选定的焊接规范条件下，电弧保持稳定燃烧 的程度。当焊接电弧的稳定性好时，电弧可在长时间内连续稳定地燃烧，不产生 断弧，不产生漂移和磁偏吹等现象，使焊接电流和电弧电压保持基本不变。当焊 接电弧的稳定性差时，焊接电流和电弧电压波动性很大，使焊接过程常常无法进 行，不仅恶化焊缝外在质量，而且也大大降低焊缝的内在质量【l6 1 。 影响焊接电弧稳定性的因素很多，除包括焊接设备本身、焊接材料、焊接规 范、焊接电源的种类和极性以外，还有操作人员技术熟练程度等因素。 ( 1 ) 焊接电源的影响 焊接电源的空载电压越高，越有利于电场发射和电场偏离，因此电弧的稳定 性越高。此外焊接电源的外特性还必须与焊接电弧的静特性、电弧的自动调节系 统的静特性相匹配，而且还应具有合适的电源动特性，只有这样，才能使焊接电 弧稳定地燃烧。 ( 2 ) 焊接电流和电弧电压的影响 大电流焊接电弧的温度要比小电流焊接的温度高，因而电弧中的热电离要比 小电流焊接时强烈，能够产生更多的带电粒子，因此电弧更稳定；电弧电压增大 1 4 硕士学位论文 第二章熔化极气体保护焊的工艺特性分析 意味着电弧长度的增加，当电弧过长时，焊接保护效果差，电弧会发生剧烈摆动， 使电弧的稳定性下降。 ( 3 ) 电流的种类和极性的影响 焊接电流可分为直流、交流和脉冲直流3 种类型，其中，以直流电弧为最稳 定，脉冲直流次之，交流电弧稳定性最差。 直流电弧的极性对于熔化极气体保护焊来说，由于受熔滴过渡稳定性的影 响，通常是直流反接时的电弧稳定性好于直流正接。对于钨极氩弧焊来说，由于 钨属于热阴极材料，可以流过较大的电流，而电流越大，越有利于电子发热和热 电离，因此直流正接时的电弧稳定性好于直流反接时的稳定性。 ( 4 ) 焊剂和焊条药皮的影响 当焊剂或焊条药皮中含有较多电离电压比较高的氟化物( c a f 2 ) 、氯化物( 如 k c l 、n a c l ) 时，将使电弧气氛的电离程度降低，因而会降低电弧的稳定性。当 焊剂或焊条药皮中含有较多低电离电压的元素( 如k 、n a 、c a 等) 或他们的化合 物时，由于较易电离，使电弧气氛中的带电粒子增多，因此可以提高电弧的稳定 性，如酸性焊条药皮中常加入的长石、云母和烧结焊剂中加入的大理石( c a c 0 3 ) 就具有这样的作用。 2 2g m a w 熔滴过渡的主要形式及其特点 在熔化极电弧焊接过程中，熔滴过渡是一个液态金属从焊条( 或焊丝) 端部流 向焊接工件的动态过程。熔滴过渡包括焊丝端部熔化金属的形成和分离，金属熔 滴穿过电弧空间的运动和熔滴进入熔池与母材形成焊缝的过程。自从采用熔化极 气体保护焊以来，熔滴过渡过程就是一个备受关注的研究问题。实际上因为熔滴 过渡过程直接影响焊接电弧的稳定性，因此它与焊缝质量的优劣有着密切关系。 因此，为了保证焊接产品质量和提高焊接熔敷速率，研究熔滴过渡对熔化极气体 保护焊的影响是有重要意义的【l 刀。 g m a w 过程的熔滴过渡形态可以分为短路过渡、射滴过渡、亚射流过渡、 射流过渡等，它依据焊接材质、焊件尺寸及焊接姿势等参数的不同而具有不同的 熔滴过渡形态【1 8 】。 ( 1 ) 短路过渡 在较小电流低电压时，熔滴未长成大滴就与熔池短路，在表面张力及电磁收 缩力的作用下熔滴向母材过渡，这种过程称短路过渡，如图2 5 是短路过渡示意 图。短路过渡的基本条件是采用细焊丝( 0 8 0 1 6 m m ) 以较小电流和较低电压 下进行焊接。熔滴过渡经历电弧燃烧形成熔滴，熔滴与熔池短路熄弧、在表面张 硕士学位论文第二章熔化极气体保护焊的工艺特性分析 力及电磁收缩力的作用下形成缩颈，小桥迅速断开过渡熔滴、电弧再引燃4 个阶 段。 ! 图2 - 5 熔滴短路过渡示意图 电弧引燃的瞬间，电弧燃烧析出热量使焊丝逐渐融化，并在焊丝端部形成熔 滴，随着焊丝的熔化和熔滴的长大，电弧向未熔化的焊丝传递热量减少，使焊丝 熔化速度下降，而焊丝还是以一定速度送进，使熔滴逐渐接近熔池并造成短路。 这时电弧熄灭，电压急剧下降，短路电流逐渐增大，形成短路液柱。随着短路电 流的增加，液柱部分的电磁收缩作用，使熔滴与焊丝之间形成缩颈称短路小桥。 当短路电流增加到一定数值时，小桥迅速断开，电弧电压很快恢复到空载电压， 电弧又重新引燃，随后又不断重复上述过程。 短路过渡的工艺特点如下： 1 ) 短路过渡过程中燃弧与短路始终交替更换着。短路结束时，总伴随着轻 微的爆破声和少量的金属飞溅。燃弧时弧长较短，而短路时在焊丝与熔池间总是 由液态金属连接着。 2 _ ) 短路过渡过程十分稳定。其原因是焊丝直径小，相对电流密度高，因此 电弧燃烧稳定。另一方面，电弧电压低，以短路形式过渡，短路频率较高，中0 8 m m 的细焊丝为1 3 0 h z 左右，而1 6 m m 较粗的焊丝为5 0 h z 左右。所以每短路一 次的金属量很少，有利于过渡过程稳定。 3 ) 由于使用的焊丝直径小，电流密度