隨著逆變技術(shù)以及現(xiàn)代數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，使得超短弧電壓噴射過(guò)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(kāi)后達(dá)到正常電弧電壓前，控制住焊接電流的過(guò)高增長(zhǎng)，同時(shí)也控制住單位時(shí)間內(nèi)焊機(jī)的輸出能量。

概述

氣保焊中的噴射過(guò)渡在實(shí)際焊接操作中應(yīng)用廣泛。噴射過(guò)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 1910-4對(duì)噴射過(guò)渡做了如下定義，“在噴射過(guò)渡中焊絲熔滴是以微細(xì)顆粒的方式過(guò)渡到焊縫中，熔滴過(guò)渡中不會(huì)出現(xiàn)短路。”噴射過(guò)渡時(shí)電弧的電壓較高，也就是說(shuō)電弧較長(zhǎng)（如圖1所示）。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，容易出現(xiàn)焊縫咬邊和氣孔的生成，另外對(duì)合金的燒損也比較嚴(yán)重。這時(shí)，對(duì)噴射過(guò)渡的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生了不利的影響。

圖1 超短弧電壓噴射焊接

熔化極氣保焊先驅(qū)之一——Hans-Ulrich Pomaska 曾提出過(guò)“能量集中的短弧噴射過(guò)渡”方法。此種方法是將噴射過(guò)渡的電弧電壓少許降低，結(jié)果是在焊接過(guò)程中不可能完全避免短路。如果短路持續(xù)時(shí)間很短，盡管會(huì)出現(xiàn)電壓陡降，但電流卻來(lái)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。焊接中聽(tīng)到的聲音是輕微的噼啪聲，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(guó)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的噴射過(guò)渡的定義也改為，“熔滴過(guò)渡是以細(xì)微顆粒方式進(jìn)行，熔滴過(guò)渡中幾乎不出現(xiàn)短路。”

如果進(jìn)一步降低噴射過(guò)渡的電弧電壓，會(huì)使熔滴短路的時(shí)間延長(zhǎng)，造成嚴(yán)重的飛濺。盡管在理論上希望電壓降低，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(guò)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(kāi)后達(dá)到正常電弧電壓前，控制住焊接電流的過(guò)高增長(zhǎng)，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路過(guò)渡時(shí)產(chǎn)生的飛濺，使超短弧電壓噴射過(guò)渡能夠成功地應(yīng)用于實(shí)際操作中。這一新型的焊接電弧形式，我們稱(chēng)之為“EWM forceArc-超威弧”。

圖2 高速攝像機(jī)拍攝的靜態(tài)圖片

“強(qiáng)制電流”

與短噴射弧焊相比，“超威弧”焊接技術(shù)通過(guò)不斷降低弧壓來(lái)減少弧長(zhǎng)。從高速攝像機(jī)所拍攝的一張靜態(tài)圖片中（如圖2所示）可以看出，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(lèi)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(guò)程中如果沒(méi)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(zhǎng)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(guò)渡方式的一個(gè)周期來(lái)解釋?zhuān)@是一個(gè)非常典型的過(guò)程。當(dāng)熔滴和熔池接觸時(shí)，電壓首先降低（如圖3所示），因?yàn)檫@時(shí)的電弧電阻和先前比起來(lái)相對(duì)較小，電流在電壓降低之后才會(huì)上升到短路電流。“強(qiáng)制”噴射電弧焊中，程序通過(guò)控制來(lái)阻止能量（電流×電壓×?xí)r間）劇增，所以在焊接過(guò)程中可以很快越過(guò)飛濺最容易產(chǎn)生的區(qū)域，從而達(dá)到避免飛濺的目的。

圖3 短路時(shí)的電壓電流曲線(xiàn)圖

（a）短路、（b）和（c）熔滴轉(zhuǎn)移、（d）重新起弧

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)間內(nèi)下降，這是因?yàn)樵谝话愕碾娫粗校捎?a class="shenlan" title="變壓器回收" target="_blank" href="/bianyaqihuishou/">變壓器和電抗器感抗的存在，不允許電流有這么快的變化速度。而在逆變技術(shù)中，我們是通過(guò)電子控制的方式控制電感量。例如，在短路過(guò)渡中，電抗器可以被完全關(guān)閉，這意味著惟一的電抗存在于電纜引線(xiàn)之間，也就是在短路狀態(tài)和重起弧過(guò)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。“EWM 超威弧”焊接過(guò)程中出現(xiàn)短暫短路時(shí)，電壓和電流并沒(méi)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(zhǎng)。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。增強(qiáng)的熔化穿透特性顯著提高了成型效果，使根部成型更緊密、更狹窄。圖4顯示的是強(qiáng)力超威弧焊（左）和常規(guī)短弧焊（右）焊接“T”型接頭的效果對(duì)比圖。使用“EWM 超威弧”焊接，焊縫寬度較窄，熔深增加。

圖4 橫截面比較 “T”型接頭

（左圖:強(qiáng)力超威弧焊；右圖：常規(guī)短弧噴射過(guò)渡焊）

forceArc-超威弧的特點(diǎn)

新式電弧工作在噴射過(guò)渡區(qū)。其焊接電流范圍在常規(guī)的噴射過(guò)渡電弧或長(zhǎng)弧電弧的電流范圍，與常規(guī)噴射弧相比，新式電弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)大的等離子電弧推力造就了高熔深；手工作業(yè)時(shí)可輕松保持電弧的方向穩(wěn)定；短弧焊接避免產(chǎn)生焊縫咬邊；高效的焊接速度使工作事半功倍；高品質(zhì)的焊縫歸功于窄而小的熱影響區(qū)；焊接能量小使得工件變形減少。

forceArc-超威弧的焊接電源

毫無(wú)疑問(wèn)，一種新式的電弧必須聯(lián)合一個(gè)現(xiàn)代化的焊機(jī)才能相得益彰。只有得到逆變電源和數(shù)字化記錄管理系統(tǒng)的支持，焊機(jī)才能對(duì)用戶(hù)的操作指令具有很高的響應(yīng)性。實(shí)現(xiàn)超威弧焊接對(duì)焊接電源有更高的要求，只有在逆變電源中采用先進(jìn)靈敏的數(shù)字化控制系統(tǒng)才能保證超威弧優(yōu)秀的焊接效果。圖5為EWM公司的最新研究力作——“EWM-forceArc”焊機(jī)，該機(jī)器除了能進(jìn)行超威弧焊外，還可用于MIG/MAG常規(guī)焊、MIG/MAG脈沖焊、手弧焊和TIG焊。

圖5 PHOENIX 500 EXPERTPULS forceArc 焊機(jī)

forceArc-超威弧焊接的應(yīng)用領(lǐng)域

超威弧焊接技術(shù)尤其適用于機(jī)械工程、設(shè)備工程、鋼結(jié)構(gòu)、造船業(yè)、容器、高壓容器、設(shè)備建造以及海上作業(yè)。適用的焊接材料為碳鋼、合金鋼、鋁及鋁合金。焊材厚度一般在5mm以上。適用焊絲的直徑為1.0mm和1.2mm（碳鋼、不銹鋼）以及1.2mm和1.6mm（鋁和鋁合金）。保護(hù)氣根據(jù)被焊材料可用純氬或高含氬的混和氣體。

(源自：中國(guó)數(shù)控機(jī)床網(wǎng))