文档介绍：用具有可饱和电感的逆变器减小CO2焊飞溅
摘要: 短路液桥爆断前几百微秒内所积聚的能量,直接影响着短路过渡CO2焊飞溅水平的大小。本文针对普通CO2焊逆变电源的动态性能不能满足短路过渡CO2焊波控方法的要求,焊接电源难以实现在液桥爆断前迅速减小电流的问题,提出了一种在波控方法中采用可饱和电感作为CO2逆变焊机续流电感的方案。理论分析和试验效果证明,此种方法可以大大改善逆变电源的动态性能,显著提高了短路液桥缩颈过程中电流的衰减速度,从而减小了短路液桥爆断前积聚的能量及液桥爆断时的液桥直径,达到了减小飞溅的效果。关键词:可饱和电感短路过渡CO2焊逆变电源飞溅
0 序言飞溅是短路过渡CO2焊接方法的一个主要问题,尽管国内外学者从电源特性、波形控制、送丝机构、保护气体等许多方面做了大量卓有成效的工作,但问题仍然没有得到圆满的解决。飞溅除了带来金属的浪费之外,还对焊缝成形、焊接过程稳定性等产生影响,故而限制了这种低成本、高效率的焊接方法的更广泛应用。因此探索与尝试新的控制方法和手段,以期在减小飞溅与改善成形上有所突破,将是十分有意义的。
1 目前主要的波控方法及存在问题目前普遍的理论认为,短路过渡CO2焊的飞溅主要是由瞬时短路和液桥的电爆炸造成的。前者由于采用波控方法已经得到了较好的解决[1],这里我们不再讨论。后者产生飞溅的原因是熔滴和熔池短路之后形成液体小桥,在短路电流所产生的电磁收缩力和重力及表面张力作用下,液滴向熔池过渡;伴随短路电流的增加和时间的推移,小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下不断收缩,形成很细的缩颈。随着电流的进一步加大和缩颈截面尺寸的进一步减小,小桥处的电流密度成倍增加,小桥处的能量密度随之迅速增大,小桥急剧受热,造成过剩能量的积聚,最后导致小桥发生气化爆炸,同时引起金属飞溅。
根据飞溅的产生原因,最新的电流波形控制(简称波控)理论认为,由于液桥电爆炸引起的飞溅主要与液桥破断前几百微秒内液桥上所积聚的能量有关,减小由于液桥的电爆炸引起的飞溅的最有效方法应该是在液体小桥缩颈到一定程度后,迅速减小电流,防止过剩能量的积聚,使液桥依靠表面张力及重力的作用,在小电流下破断。
为达到上述目的,对焊接电源的关键要求是设备必须具有极好的动态性能,以达到在焊接过程的各个阶段均可以产生任意所需要的波形的效果。尽管现代电力电子技术的发展,使得逆变焊机的动态性能较传统焊机有了质的飞跃,但在应用于波控CO2焊中的短路电流控制方面,却仍显得力不从心。这是由于在短路过程中,由于短路电阻很小,造成焊机输出回路时间常数的增大,使得短路液桥开始缩颈后的短路电流不能迅速降下来,影响了波控方法减小飞溅的效果。例如,,短路电流为400A,短路电压为8V,。而逆变焊机依据其工作原理,为保证电流的连续,在输出回路中通常加有40μΗ的续流电感,那么短路时焊机输出回路的时间常数便为
T=L/R=40×10-6/=2×10-3s=2ms
    而从可以检测到液桥将要爆断的征兆开始到液桥爆断,总共的时间才为几百微秒。显然,直接采用这样的焊接电源实现短路电流波形控制是不可能的。现在能够比较好的解决这个问题的方法有两种,第一种是林肯公司的专利技术[2],它是在需要迅速减小短路电流的时刻,在焊机的输出回路中串入一个较