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氣保焊中的噴射過渡在實(shí)際焊接操縱中應(yīng)用廣泛。噴射過渡一般出現(xiàn)在使用較大的焊接電流和采用惰性氣體或高含氬混和氣體時(shí)的情況下。20世紀(jì)80年代末,德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 1910-4對(duì)噴射過渡做了如下定義,“在噴射過渡中焊絲熔滴是以微細(xì)顆粒的方式過渡到焊縫中,熔滴過渡中不會(huì)出現(xiàn)短路?!眹娚溥^渡時(shí)電弧的電壓較高,也就是說電弧較長。此時(shí)電弧穩(wěn)定性降低,電弧受磁偏吹的影響易發(fā)生偏移,輕易出現(xiàn)焊縫咬邊和氣孔的天生,另外對(duì)合金的燒損也比較嚴(yán)重。這時(shí),對(duì)噴射過渡的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生了不利的影響。
熔化極氣保焊先驅(qū)之一——Hans-Ulrich Pomaska 曾提出過“能量集中的短弧噴射過渡”方法。此種方法是將噴射過渡的電弧電壓少許降低,結(jié)果是在焊接過程中不可能完全避免短路。假如短路持續(xù)時(shí)間很短,盡管會(huì)出現(xiàn)電壓陡降,但電流卻來不及大幅度上升。在這種狀態(tài)下焊接也不會(huì)出現(xiàn)飛濺,只是有一些小小的噴濺。焊接進(jìn)耳到的聲音是稍微的噼啪聲,而不是紊亂的嘈雜聲,這種電弧很快被應(yīng)用到實(shí)際工作中。德國標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的噴射過渡的定義也改為,“熔滴過渡是以細(xì)微顆粒方式進(jìn)行,熔滴過渡中幾乎不出現(xiàn)短路?!?/font>
假如進(jìn)一步降低噴射過渡的電弧電壓,會(huì)使熔滴短路的時(shí)間延長,造成嚴(yán)重的飛濺。盡管在理論上??措妷航档?,但在實(shí)際中卻迄今都難以運(yùn)用。隨著逆變技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代化的數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展,使得超短弧電壓噴射過渡焊接的應(yīng)用成為可能。新型的焊機(jī)有足夠快的調(diào)節(jié)速度,在短路斷開后達(dá)到正常電弧電壓前,控制住焊接電流的過高增長,同時(shí)也控制住單位時(shí)間內(nèi)焊機(jī)的輸出能量。這樣可以大幅度減少短途經(jīng)渡時(shí)產(chǎn)生的飛濺,使超短弧電壓噴射過渡能夠成功地應(yīng)用于實(shí)際操縱中。這一新型的焊接電弧形式,我們稱之為“EWM forceArc-超威弧”。
“強(qiáng)制” 電弧與短噴射弧焊相比,“超威弧”焊接技術(shù)通過不斷降低弧壓來減少弧長。從高速攝像機(jī)所拍攝的一張靜態(tài)圖片中(圖3)可看出,電弧在等離子壓力下形成熔池,熔滴尺寸均勻,而且形成速度很快。對(duì)于此類型熔滴,它們不可避免的會(huì)偶爾粘結(jié)在一起形成熔滴鏈再接觸到熔池,這就提供了一個(gè)短路條件,在整個(gè)過程中如果沒有控制系統(tǒng)的干預(yù),在重新起弧時(shí)將會(huì)形成較大的飛濺。這種相對(duì)較長的短路狀態(tài)下電流和電壓的變化情況,我們可以用短弧焊中短路過渡方式的一個(gè)周期來解釋,這是一個(gè)非常典型的過程[2]。當(dāng)熔滴和熔池接觸時(shí),電壓首先降低(見圖 4),因?yàn)檫@時(shí)的電弧電阻和先前比起來相對(duì)較小,電流在電壓降低之后才會(huì)上升到短路電流?!皬?qiáng)制”噴射電弧焊中,程序通過控制來阻止能量(電流×電壓×?xí)r間)劇增,所以在焊接過程中就可以很快越過飛濺最容易產(chǎn)生的區(qū)域,從而達(dá)到避免飛濺的的。如果使用的是傳統(tǒng)的焊接電源,不可能讓焊接電流在短時(shí)間下降,這是因?yàn)樵谝话愕碾娫粗?,因?yàn)樽儔浩骱碗娍蛊鞲锌沟拇嬖?,不允許電流有這么快的變化速度。在我們的逆變技術(shù)中,我們是通過電子控制的方式控制電感量。例如在短路過渡,電抗器可以被完全關(guān)閉,這就意味著唯一的電抗存在于電纜引線之間,也就是在短路狀態(tài)和重起弧過程中電流的上升和下降可被快速調(diào)節(jié)。這樣就可以完全阻止飛濺的產(chǎn)生。要精確地控制電流上升和下降的時(shí)間,對(duì)電源的電壓反饋回路要有更高的要求:硬件電路必須能夠在短暫的時(shí)間內(nèi)采集到電壓的改變,并反饋給控制回路。圖 5 是“EWM 超威弧”焊接過程中出現(xiàn)短暫短路時(shí)的電壓和電流的變化曲線,從曲線中可看出,電壓和電流并沒有出現(xiàn)大的波動(dòng),這就阻止了飛濺的產(chǎn)生。具有這種快速反應(yīng)的焊機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:在焊接時(shí)可以允許焊絲伸出焊槍較長。有些焊接部位焊槍不易達(dá)到,用“EWM 超威弧”焊接卻能對(duì)這些部位進(jìn)行焊接。
圖3. 高速攝像機(jī)拍攝的靜態(tài)圖片
圖4. 短路時(shí)的電流電壓曲線圖
圖5. “EWM forceArc”電弧的電流電壓輸出曲線