[发明专利]用于CO2气体保护焊和药芯自保护焊接的脉冲能量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧焊接控制方法及自动化技术领域，确切地说涉及一种用于CO₂气体保护焊和药芯自保护焊接的脉冲能量控制方法。

背景技术

我国石油、天然气能源的布局以及南涝北旱的自然条件，决定了西气东输和南水北调工程的开工建设，随着经济的高速发展，石油、天然气管线建设将以更快的速度发展。大规模的管道施工，特别是野外长输管线施工对焊接设备提出了很高的要求。如何提高机械化施工程度，减轻工人劳动强度；如何提高焊接质量保证一次探伤合格率；如何提高焊接设备工作效率，实现一机多用，减少运输、安装和维护费用；在山区、丘陵地带无法实现机械化施工时对焊接设备小型化、重量轻的要求，都对新一代焊接设备提出了很高的要求。

弧焊电源的输出形式通常分为恒流型，适用于手工焊条电弧焊如普通低氢型焊条、纤维素焊条、氩弧焊等；恒压输出型，适用于CO₂、药芯丝自保护半自动及全自动焊接。目前，手工焊条焊及TIG焊电弧熔滴过渡形式的研究已相当成熟，包括纤维素下向焊功能，实现多功能输出已没有理论和技术性困难。但药芯丝自保护焊、CO₂气体保护焊在电弧理论和控制理论方面目前仍是研究热点。药芯丝自保护焊、CO₂气体保护焊由于焊接效率高，成本低，可半自动或全自动焊接，得到了广泛的应用并逐步取代手工电弧焊，但是由于CO₂气体的性质造成飞溅大、成型差的缺点限制了这一焊接方法的进一步应用；尽管多年来在克服上述两点缺点方面取得了一定成功，但远远没有达到理想的程度。

美国林肯电气公司1993年正式推出了一种利用表面张力控制熔滴短路过渡(STT)的电源，并以STT及相关技术在美国申请了九项专利(专利号分别为US4717807、US4835360、US4866247、US4897522、US4897523、US4954691、US4972064、US5001326、US5002154、US5148001)，在中国申请了一项发明专利(公开号为：CN1033448A发明名称为：控制短路型焊接系统的方法和装置)，该技术中，电源“将电焊电流转换到基本电流值以响应短路状态，将焊接电流通常保持在基本电流值上一段预定时间，然后允许焊接电流达到正常安全电流电平值，并使保持步骤在预定时间以前结束以响应检测的电弧状态”，这种输出极大地区别于以前的恒流或恒压特性控制方式的输出，以柔和的电弧和极小的飞溅成为新一代波形控制的代表，美国林肯公司的上述技术对熔滴短路过渡周期中的不同过程采用了控制输出电流的方式。燃弧阶段输出大电流使熔滴能迅速生成；当短路发生时迅速减少电流输出，使熔滴依靠重力和表面张力过渡到熔池中。这种控制方式使得焊接飞溅大大减少，成型美观，但在实际焊接中，由于过渡时能量减小使得电弧穿透力不足，工件熔深不够，可能出现咬边和未融合现象。

国内清华大学的专利(公开号为：CN1164453A发明名称为：用于二氧化碳焊接的逆变式弧焊电源时变输出特性控制方法)；作者杨立军等，出版单位：天津大学材料科学与工程学院，名称为“CO₂焊短路过程动特性与外特性的关系”的期刊文件；作者为张光先等，出版单位为山东大学材料科学与工程学院，名称为“CO₂气体保护焊表明张力的过渡”的期刊文件等都是基于林肯提出的CO₂焊接过程的短路过渡方式进行研究。

但是，上述文件中采用的技术方案都在于强调电弧柔和和减小飞溅，对焊缝熔深不够、未熔合等问题仍未涉及。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种在焊接过程中精确控制脉冲能量输出，使金属熔滴在不同的过渡方式下都能得到足够的熔深、最小的飞溅和良好的成型的用于CO₂气体保护焊和药芯自保护焊接的脉冲能量控制方法，本发明在现有波形控制基础上直接以能量(电源功率P＝UI)的方式以脉冲形式输出，能满足CO₂气体保护焊和药芯自保护焊对焊接电源的要求，通过调整施加到电弧上的瞬时能量，使焊接过程具有较小的飞溅又能到达足够的熔深和良好的焊缝成型。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于CO₂气体保护焊和药芯自保护焊接的脉冲能量控制方法，其特征在于：通过检测电弧电压确定熔滴过渡周期，在一个过渡周期中分为三个阶段以不同方式输出：