CN111975174A - 一种双丝脉冲mig焊熔滴共振过渡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，包括主机电源和从机电源，所述主机电源与从机电源通过CAN总线连接实现不同相位的协同控制；主机电源电流及从机电源电流包括四个阶段，基值阶段，峰值阶段，共振阶段及颈缩阶段。基值阶段维弧，峰值阶段熔滴形成和长大，共振阶段熔滴以较大的振幅震荡，颈缩阶段电磁力夹断焊丝和熔滴的连接处而发生过渡。本发明依据共振阶段电流频率与熔滴固有频率相同时发生共振，从而促使熔滴发生过渡的原理，避免了机械振动的弊端，极大的加快了熔滴过渡的可控性，且脉冲电流搅拌熔池，达到了细化晶粒和加快气泡上浮的效果。

Description

一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法。
背景技术
焊接技术作为一种主要的金属材料连接技术，广泛应用于工业领域，例如汽车、桥梁、建筑，为我们的基础设施建设和国民经济的发展贡献着巨大力量。对于焊接技术的研究一直未停下步伐，目的在于开发一种熔敷效率高、焊接质量好、成形美观的焊接技术。现在大规模应用的依然是传统单丝脉冲MIG焊，由于仅有单根焊丝熔化填充焊缝，因此虽然采用直径更大的焊丝和更大的焊接电流，但其焊接效率提高依然不明显。为克服单丝脉冲MIG焊的缺陷，科研工作者开发了双丝脉冲MIG焊技术，用两根焊丝熔化填充焊缝，因此焊接效率明显提高。但要获得优质的焊缝，需要精确控制熔滴过渡过程。现有的焊接电流波形为直流或者脉冲，当电流波形为直流时，熔滴从形成到过渡到熔池，受到的电磁力和等离子流力等基本不变，熔滴过渡可控性差；当电流波形为脉冲时，在基值和峰值切换时，熔滴受到的力场发生变化，有助于熔滴过渡，但其振动幅度较低。
目前焊接研究者提出了多种促进熔滴过渡的方法，例如中国专利申请号201410779089.6，发明名称“微振动焊接装置及方法”利用机械振动装置促使电极振动从而促进熔滴过渡；中国专利申请号201410492669.7，发明名称“电极或填充材料推挽式微振动辅助弧焊装置及方法”将振动经由电极两端的夹持机构传递给焊丝，促使其垂直于轴向往复运动；中国专利申请号201710943060.0，发明名称“基于熔滴谐振原理的气体保护焊熔滴过渡控制装置及控制方法”通过凸轮旋转时，凸轮和导轮接触点半径不断变化，从而促使焊丝周期性摆动促进熔滴过渡。这些方法都能在一定程度上促进熔滴过渡，但其主要依赖于机械振动。在焊接时，机械振动容易引起焊丝偏离焊缝中心位置，从而使焊接轨迹偏离理想位置，导致焊接质量较差。加之熔滴的自振频率较高，而机械振动频率不能太高，频率太高容易引起焊接过程中机械振动较大，焊接不稳，从而无法促使熔滴发生共振。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法。
本发明采用如下技术方案：
一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，包括主机电源和从机电源，所述主机电源与从机电源通过CAN总线连接实现不同相位的协同控制；
主机电源电流及从机电源电流包括四个阶段，基值阶段T1，峰值阶段T2，共振阶段T3及颈缩阶段T4。
优选的，基值阶段T1电流较小，维持电弧燃烧，不会因为热能的散失而导致电弧熄灭；
峰值阶段T2电流较大，热输入增大，因此焊丝快速熔化形成熔滴，促使熔滴长大；
共振阶段T3电流变化幅度较大，引起熔滴发生共振，以较大的幅度不断振动，所以熔滴和焊丝的连接面积逐渐减小；
颈缩阶段T4电流剧增，电磁力和等离子流力从极小值突然变大，引起熔滴快速颈缩而脱离焊丝，发生过渡。
优选的，所述共振阶段的电流变化频率等于熔滴固有频率。
优选的，主机电源的电流波形和从机电源的电流波形为同步相位时，即主机电源和从机电源输出电流完全相同。
优选的，主机电源的电流波形和从机电源的电流波形为交替相位时，即从机电源输出电流滞后于主机电源一个脉冲周期。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用与熔滴固有频率相同的脉冲电流切换引起熔滴发生共振，焊丝位置不会发生偏离，有效避免了机械振动促使熔滴过渡的弊端，焊接精度更高；
(2)本发明熔滴过渡的频率和大小可受控制，通过改变峰值阶段时间的长短或者峰值电流的大小，形成大小不同的熔滴，然后通过匹配与熔滴固有频率相同的共振阶段电流频率，即可精确控制每次焊接时的熔滴大小；
(3)本发明共振阶段电流频率高，可以搅拌熔池，达到细化晶粒，加快气泡向上运动的速度，得到的焊缝质量更好。
附图说明
图1是本发明的主机电源和从机电源的连接示意图；
图2是本发明的同步相位电流示意图；
图3是本发明的交替相位电流示意图；
图4是本发明的熔滴受力示意图；
图5是本发明的熔滴“质量-弹簧”模型示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，硬件装置包括主机电源和从机电源；
所述主机电源与主机电弧连接，所述从机电源与从机电弧连接，所述主机电源和从机电源通过CAN总线连接，用于主机电源和从机电源之间交互通信从而实现不同相位的协同控制；
如图2和图3所示，其具体控制方法是通过电流波形进行控制，所述电流波形，包括四个阶段，基值阶段T1，峰值阶段T2，共振阶段T3，颈缩阶段T4；
所述基值阶段T1电流较小，主要维持电弧燃烧，不至于因为热能的散失而导致电弧熄灭；
所述峰值阶段T2电流较大，热输入增大，因此焊丝快速熔化形成熔滴，主要促使熔滴长大；
所述共振阶段T3电流变化幅度较大，其变化频率等于熔滴固有频率，引起熔滴发生共振，以较大的幅度不断振动，所以熔滴和焊丝的连接面积逐渐减小；
所述颈缩阶段T4电流剧增，电磁力和等离子流力从极小值突然变大，引起熔滴快速颈缩而脱离焊丝，发生过渡。
四个阶段电流大小根据焊接材料和尺寸的不同而不同，可以查询焊接手册获得相关的电流参数。
如图2所示，所述电流波形处于同步相位时，主机电源和从机电源电流输出波形完全相同，其工作步骤如下：电流首先处于基值阶段，电流较小，都处于维弧状态；电流同时进入峰值阶段，电流增加，热输入增加，电弧能量熔化焊丝形成熔滴；电流同时进入共振阶段，电流幅值快速变化，熔滴以较大幅值不断振动，熔滴与焊丝的连接面积逐渐减小；最后电流同时进入颈缩阶段，力场快速增加，熔滴脱离焊丝开始过渡，如此循环；
如图3所示，所示电流波形处于交替相位时，从机电源电流输出滞后于主机电源一个脉冲周期，其工作步骤如下：首先，主机电源和从机电源同时处于基值阶段，电流较小，处于维弧状态，随后主机电源进入峰值阶段，热输入增加，焊丝快速熔化形成熔滴，而从机电源依然处于基值阶段，然后主机电源进入共振阶段，熔滴不断振荡，与焊丝的连接面积不断减小，而从机电源依然处于基值阶段，最后主机电源进入颈缩阶段，熔滴脱离焊丝开始过渡，而从机电源仍然处于基值阶段，随后主机电源和从机电源又同时处于基值阶段，然后从机电源进入峰值阶段，重复主机电源刚刚经历的过程，而主机电源则处于基值阶段，重复从机电源刚刚经历的过程；
如图4所示，位于焊丝末端的熔滴受到重力(Fg)、表面张力(Fγ)、等离子流力(Fp)、蒸发反力(Fv)、径向电磁力(Femr)、轴向电磁力(Fema)。随着电流在共振阶段的不断变化，力也将不断变化，从而引起熔滴不断振动。当电流进入颈缩阶段后，电流迅速增加，径向的电磁力夹断焊丝和熔滴的接触截面，熔滴脱离焊丝开始过渡。
将熔滴与焊丝看作一个“质量-弹簧”模型，如图5所示。因此系统存在一个固有频率f＝1/(2π)*(k/m)0.5，其中k为弹簧的劲度系数，m为弹簧的质量。在“质量-弹簧”模型模型中，k＝πγP1，其中γ为表面张力系数，P1为一个与焊丝直径和熔滴半径相关的函数。焊丝的半径为常数，熔滴的质量也与熔滴的半径相关，因此系统的固有频率与熔滴的半径相关，所以通过控制峰值阶段使熔滴的直径达到一定数值在配合适当的共振阶段电流频率，熔滴的振幅将达到最大，就可以有效控制熔滴过渡过程。
熔滴直径是根据不同的焊接工艺可以调节，熔滴的直径确定以后就可以确定一个固有频率，然后设置一个共振阶段电流频率与固有频率相同，实现本控制方法。
本方法可以在现有装置上直接通过软件编程控制实现，无需对现有装置进行改进，简单易行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，其特征在于，包括主机电源和从机电源，所述主机电源与从机电源通过CAN总线连接实现不同相位的协同控制；
主机电源电流及从机电源电流包括四个阶段，基值阶段T1，峰值阶段T2，共振阶段T3及颈缩阶段T4。
2.根据权利要求1所述的一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，其特征在于，
基值阶段T1电流较小，维持电弧燃烧，不会因为热能的散失而导致电弧熄灭；
峰值阶段T2电流较大，热输入增大，因此焊丝快速熔化形成熔滴，促使熔滴长大；
共振阶段T3电流变化幅度较大，引起熔滴发生共振，以较大的幅度不断振动，所以熔滴和焊丝的连接面积逐渐减小；
颈缩阶段T4电流剧增，电磁力和等离子流力从极小值突然变大，引起熔滴快速颈缩而脱离焊丝，发生过渡。
3.根据权利要求2所述的一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，其特征在于，共振阶段的电流变化频率等于熔滴固有频率。
4.根据权利要求1所述的一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，其特征在于，主机电源的电流波形和从机电源的电流波形为同步相位时，即主机电源和从机电源输出电流完全相同。
5.根据权利要求1所述的一种双丝脉冲MIG焊熔滴共振过渡控制方法，其特征在于，主机电源的电流波形和从机电源的电流波形为交替相位，即从机电源输出电流滞后于主机电源一个脉冲周期。
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