coldArc（冷弧焊）--一種有效的控制電弧能量的氣保焊接方法(圖)

1、coldArc（冷弧焊）-一種有效的控制電弧能量的氣保焊接方法(圖)摘 要：coldArc冷弧焊是一種新型的熔化極氣體保護電弧焊方法。該方法通過對焊接過程中電弧電壓和電流進行精確的控制和調(diào)節(jié)，使電弧穩(wěn)定，同時又能顯著地降低電弧能量，滿足超薄的鍍鋅板以及輕型鋁合金材料的焊接。關(guān)鍵詞：短弧焊 coldArc冷弧焊薄板 1前言在現(xiàn)代工業(yè)中超薄板以及輕型金屬結(jié)構(gòu)件的用途已經(jīng)越來越廣泛，尤其是在汽車工業(yè)中，超薄的鍍鋅板以及輕型鋁合金材料的應(yīng)用已非常普遍。這類工件在焊接時對電弧的熱量非常敏感。要求焊接電弧的能量盡可能的小，以避免焊接件因過熱而受到不良影響。常規(guī)的氣體保護電弧焊已不能滿足這類工件對焊接的要求

2、。德國EWM公司的coldArc-冷電弧熔化極氣體保護焊，簡稱”冷弧焊”，是一種新型的熔化極氣體保護電弧焊方法。該方法通過對焊接過程中電弧電壓和電流進行精確的控制和調(diào)節(jié)，使電弧穩(wěn)定，同時又能顯著地降低電弧能量。2傳統(tǒng)的小電流氣體保護電弧焊接-短弧焊在傳統(tǒng)的氣體保護電弧焊中，短弧焊是一種低能量的焊接方法，在薄板焊接中常被采用。短弧焊的焊接電流和電壓都較小，其熔滴過渡為短路過渡，如圖1所示。從圖中可見，電弧燃燒后路,電弧被熄滅。熔池的表面張力將熔滴拉向熔池，使熔滴產(chǎn)生頸縮，隨后熔滴與焊絲分離，在焊絲和熔池之間又重新燃燒電弧。圖1同時顯示出短弧焊中一個熔滴短路過渡周期里的焊接電流和焊接電壓的變化：在

3、短路瞬間，由于電阻變小，電壓急驟下降，電流開始上升，直至短路電流。在熔滴脫落的瞬間，電壓急驟上升，以保證電弧重 新引燃。由于電路中電感的存在，熔滴脫落后電流只是緩慢地下降。因此在短路后電弧重燃的瞬間，電流和電壓值都很高，如果控制不當(dāng)，在這一瞬間極容易出現(xiàn)飛濺或電弧不穩(wěn)。 現(xiàn)代化的焊接電源可以對短路熔滴過渡過程中的電流和電壓進行控制，使短弧焊時電弧穩(wěn)定，并且?guī)缀鯚o飛濺產(chǎn)生。因此在一般的薄板焊接中，短弧焊被廣泛應(yīng)用。但是短弧焊中電弧重燃時較高的電弧能量卻會對許多焊接件產(chǎn)生不良影響。例如在超薄板焊接時，短弧焊重新燃弧的高能量會將焊件燒穿。在焊鍍鋅板時容易破壞表面的鍍鋅層等。因此在焊接對熱量極為敏感的

4、焊件時，傳統(tǒng)的短弧焊已不能適應(yīng)要求，需要有新的焊接方法。圖 1短弧焊時熔滴短路過渡及相應(yīng)的電壓、電流變化示意圖3coldArc-冷弧焊原理德國EWM公司不久前推出的coldArc-“冷弧焊”方法，其目的是為了降低短弧焊過程中電弧重燃時出現(xiàn)的局部能量高峰?！袄浠『浮币彩且环N短弧焊接過程，有周期性的短路階段和燃弧階段。圖2是“冷弧焊”過程中電壓和電流在一個短路周期里的變化。其電壓的變化與傳統(tǒng)的短弧焊電壓變化一致。在焊接過程中，該電壓的變化被不間斷地反饋給焊機的控制系統(tǒng)，焊機中的數(shù)字信號處理器(DSP)根據(jù)反饋的電壓信息對電流進行快速的調(diào)節(jié)，在電弧即將重新燃燒的瞬間，以不到1s的時間快速地將電流降下

5、來，使電弧在非常平穩(wěn)的狀態(tài)下重新燃燒。圖 2“冷弧焊”時熔滴短路過渡及相應(yīng)的電壓、電流變化示意圖弧重燃后，為了使焊絲的端頭形成新的熔滴，又需要較高的電弧能量，因此在電弧重燃后，給出一小的脈沖電流，以確保焊絲端頭熔滴的形成。隨后再將電流降到很低的狀態(tài)，使熔滴不再長大。此后又開始了下一個短路過渡周期?！袄浠『浮蓖ㄟ^控制短路過渡時的電弧能量，使每次過渡的熔滴大小均勻，因此焊縫成形均勻。同時又將焊接過程中電弧的能量降至最低。圖3是傳統(tǒng)短弧焊和“冷弧焊”在電弧重燃時電弧能量的比較?！袄浠『浮钡哪芰匡@著低于短弧焊，特別是在電弧重新燃燒的瞬間，“冷弧焊”的能量大幅度地降低。圖3電弧重燃時短弧焊電弧能量和“冷

6、弧焊”電弧能量比較圖4是高速攝影拍下的“冷弧焊”過程中一個短路過渡周期的照片。熔滴過渡和電弧重燃在非常平穩(wěn)的狀態(tài)下進行。圖4 “冷弧焊”熔滴短路過渡高速攝影照片(8000張/秒)4“冷弧焊” 焊接電源“冷弧焊”焊接方法完全是通過焊接電源內(nèi)的電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。要求對電源的輸出控制更為精確、快速和有效。圖5是EWM-coleArc“冷弧焊”數(shù)字化控制逆變電源。電源對送絲機構(gòu)和焊槍并無特別要求，常規(guī)的熔化極氣保焊送絲機構(gòu)和焊槍可直接用于“冷弧焊”焊接。這種方法即可用于全自動化焊接，也可用于手工半自動焊接。圖5 “冷弧焊”數(shù)字化控制逆變電源5. “冷弧焊” 的應(yīng)用“冷弧焊”方法擴展了MIG/MAG

7、焊在金屬連接中的應(yīng)用范圍。例如在汽車工業(yè)新型車體的焊接中，傳統(tǒng)的MIG/MAG焊接方法不能獲得滿意的效果，采用“冷弧焊”方法可以得到性能優(yōu)良的焊接接頭。“冷弧焊”一個典型的應(yīng)用是在汽車車體的焊接。汽車上常用的鍍鋅板現(xiàn)在基本上用Cu焊絲進行電弧釬焊。當(dāng)焊縫間隙很大時，采用常規(guī)的電弧釬焊難以焊接，“冷弧焊” 卻可以焊出優(yōu)良的焊縫。圖6是“冷弧焊”電弧釬焊的為4mm大間隙鍍鋅板焊縫。鍍鋅板厚0.8mm，采用的焊絲為1.0mm直徑的CuSi3焊絲。手工半自動焊接焊接電流50A，電壓13.5V?！袄浠『浮边€可用Zn基焊絲進行電弧釬焊。Zn基焊絲的熔點為450 C，大大低于Cu基焊絲的熔點(約1000C)

8、。用Zn基焊絲進行電弧釬焊，母材受到的熱影響小。Zn基焊絲的沸點略高于900C，如果在焊接時電弧重燃的能量未控制住，熔滴會被蒸發(fā)掉?！袄浠『浮睂﹄娀≈厝紩r的能量進行了有效的控制，使Zn基焊絲在電弧釬焊中的應(yīng)用成為可能。圖6 手工半自動“冷弧焊”電弧釬焊鍍鋅板接頭。板厚0.8 mm，焊縫4.0 mm，焊絲CuSi31.0 mm直徑圖7“冷弧焊”電弧釬焊鍍鋅板，搭接接頭，Zn基焊絲圖7是Zn基焊絲電弧釬焊的0.75mm厚的鍍鋅板。無論是在焊縫的邊緣，還是在焊縫背面的鋼板上，其鍍鋅層都保持完好，并未被電弧燒損。在汽車工業(yè)中還越來越多的要求將鋁和鋼連接在一起，用“冷弧焊”和Zn基焊絲可實現(xiàn)這兩種不同材

9、料的電弧焊接。接頭中鋁材被局部熔化，而鋼材則被釬焊上，避免了焊縫中出現(xiàn)FeAl脆性相。圖8是這種焊縫的一個例子。圖9至圖14是其它的一些焊縫示例。圖8“冷弧焊”鋁-鋼混合材料接頭上圖：接頭剖面下圖左：剖面金屬圖下圖右：汽車車門的鋁-鋼接頭圖 9鍍鋅板板厚0.7 mm，AlMg合金板厚1.0 mm, “冷弧焊”鋁鋼混合材料搭接接頭。 1.0 mm直徑AlSi5焊絲，焊接速度1.1 m/min, 焊接電壓 U=14.5 V，焊接電流 I=60A圖 10“冷弧焊” 電弧釬焊鍍鋅板搭接接頭。 板厚0.7 mm，1.0 mm直徑Zn基焊絲焊接電壓U=13.5 V，焊接電流 I=40A圖 11“冷弧焊”鋁

10、鋼混合材料搭接接頭。鍍鋅板板厚0.7 mm，AlMg合金板厚1.0 mm, 1.0 mm直徑Zn基焊絲,焊接電壓U=13.5 V，焊接電流 I=40A圖 12板厚1.0 mm，焊縫間隙1.0 mm，1.0 mm“冷弧焊”鋼板對接接頭。 直徑G4Si1焊絲，焊接速度2.0 m/min, 焊接電壓U=19V，焊接電流 I=136A圖 13 板厚0.5 mm，0.8 mm直徑不銹鋼焊絲，“冷弧焊”不銹鋼搭接接頭。 焊接速度2.0 m/min,焊接電壓U=16.5V， 焊接電流 I=90A 圖 14板厚0.8 mm，1.0 mm直徑AlSi5焊絲，“冷弧焊”AlMg3搭接接頭。 焊接速度1.2 m/min,焊接電壓U=13V， 焊接電流 I=55A6小結(jié)“冷弧焊”是一種熔化極氣