0 引 言埋弧自动焊是一种在制管行业中广泛应用的焊接方法。但当使用粗焊丝、大电流、高速度 焊接时,热输入量过大,晶粒长大严重,焊缝金属的冲击韧性欠佳;同时还会影响焊缝成形。因此 ,质量与效率的矛盾成为亟待解决的问题。为了解决该问题,前人提出了双焊丝单导电嘴、细丝双 丝双弧焊、单焊接电源的TWIN电弧焊接法等,但由于种种原因,在我国并没有推广开。一般而 言,使焊接接头晶粒细化的方法主要有两种:一是在焊丝、焊剂中加入细化晶粒的元素,但这种方 法使用不方便,调整麻烦,且研制周期长,费用高;二是使用电磁振荡的方法,但存在安装空间狭小、工作条件恶劣、妨碍正常焊接操作等问题。笔者从电磁振荡的原理出发<1～4>,利用脉冲焊接电流直接产生电磁振荡以达到细化晶粒的目的。该方法采用电流脉冲控制器使弧焊电 源呈脉冲式输出,而且脉冲电流诸参数(峰值电流、基值电流、脉冲频率、脉宽比)可分别调节, 可以得到所需要的波形并有效地控制输入热量,因而改善了焊缝及热影响区的受热情况。由于脉冲 焊接电流能直接产生电磁振荡,增强了对熔池的搅拌作用,取得了细化晶粒的效果,使得焊接接头 的综合力学性能(特别是冲击韧性)得以提高。脉冲埋弧焊工艺还可使焊缝得到较大的熔深(熔深基本上依峰值电流的幅值而定)<5> ,又可将总的平均焊接电流控制在较低的水平,可有效地消除第一道焊缝焊接时根部熔合不良等常见 缺陷。另外,此方法简单易行,不妨碍常规焊接操作,符合低成本、自动化的原则。1 脉冲控制器研制1.1 脉冲控制器原理脉冲电流控制器在单片机的控制下<6> ,按照脉冲埋弧焊的控制要求,生成频率可调、脉宽比可调的脉冲控制信号,将峰值电流及基值电流 给定值通过高速电子开关交替送往受控制的直流自动埋弧焊机外接端子板,并以遥控电流给定的方 式控制电焊机的输出电流。另外,在该控制器上设置键盘及数码管,以增强操作的方便性及直观性。2 直流脉冲自动埋弧焊试验2.1 试验原理直流脉冲自动埋弧焊焊接方法的主要原理:在弧焊电源为陡降特性的条件下,采用变 速送丝式焊机,利用脉冲控制器,使弧焊电源为脉冲式输出,从而形成脉冲埋弧焊方法。即将外加 给定脉冲控制信号转换为弧焊电源可识别的焊接电流给定信号,通过弧焊电源的遥控控制接口或端子接入弧焊电源,快速交替改变电流给定值,以达到获得直流脉冲焊接电流的目的。2.2 试验设备及连接主要设备为:LINCOLNIDEALARCDC - 1 5 0 0型直流弧焊电源及NA - 3型变速式送丝机;弧焊电源脉冲电流控制器;( 5 4 62 2A)记忆示波器;5 0 0A/75mV分流器等。试验设备整体连接示意图如图1所示。图1 试验设备整体连接示意图2 .3 试验条件试验条件见表1。表1 直流脉冲自动埋弧焊试验条件名 称试验条件母材材质X70母材板厚7.9mm焊丝材质H0 8MnMoTiB焊丝直径4mm焊剂 SJ1 0 1焊接速度1 .2 7m/min焊接设备NA -3型变速送丝机、DC -1 5 0 0直流电焊机、脉冲电流控制器等 2 .4 试验数据及分析2 .4.1 试验数据脉冲埋弧焊的各组工艺参数见表2。表2 脉冲埋弧焊工艺参数编号频率/Hz脉宽比/ %电弧电压/V峰值电流给定电阻/kΩ基值电流给定电阻/kΩ焊接平均电流/A0 1 2 0 3 5 3 5 2 6.5 82 50 2 2 5 2 5 3 5 2 680 00 3 3 0 3 5 3 63 680 00 42 0 2 5 3 2 3 7 65 00 5 2 5 3 0 3 3 3 6.5 75 00 62 5 3 5 3 5 2 .5 7 80 00 73 0 2 5 3 5 2 .5 6.5 75 00 82 0 3 0 3 5 2 .5 680 00 93 0 3 0 3 42 7 75 02 .4.2 脉冲埋弧焊的电流、电压波形对应上述各组数据,可以得到不同的电流、电压波形,下面分几种情况进行讨论:( 1 )频率变化 频率越低,脉冲作用的时间越长,越容易得到较大的电流;反之,频率越高,脉冲作用的时间越短,所得到的最大电流越小。( 2 )脉宽比变化 脉宽比越大,脉冲作用的时间越长,越容易得到较大的电流;反之,脉宽比越小,脉冲作用的时间越短,所得到的最大电流越小。( 3)峰值电流给定电阻变化 峰值电流给定电阻越小,峰值电流越大,所得到的最大电流越大;反之,峰值电流给定电阻越大,峰值电流越小,所得到的最大电流越小。( 4 )基值电流给定电阻变化 基值电流给定电阻越小,基值电流越大,所得到的最小电流越大;反之, 基值电流给定电阻越大,基值电流越小,所得到的最小电流越小。图2就是通过改变以上几个参数 而得出的波形,分别对应表2中的前三组数据。从图中可以看出:不同的参数输入,可使电流波形产生很大的变化,而电压的波形变化很小。通过Excel所存取的数据可知,图2(a)中,最大电流约为1 75 0A ;图2 (b)中的最大电流可达到1 90 0A ;图2 (c)中最图2 不同焊接参数的波形图大电流约为1 5 0 0A ,从而可以证明脉冲控制器对焊接电流的有效控制。3 结 语( 1 )利用脉冲控制器可使弧焊电源呈脉冲式输出,从而实现了脉冲埋弧焊。( 2 )埋弧焊机脉冲电流控制器可应用于多种直流焊机的脉冲电流输出控制,生成频率可调、脉宽比可调 的脉冲控制信号,并且可以将峰值电流及基值电流给定值通过高速电子开关交替送往接受控制的埋弧焊机的外部接线端子板,以远程电流给定的方式控制电焊机的输出电流。(3)脉冲埋弧焊的电弧电压、焊接电流波形可根据工艺参数的不同有很大变化。脉冲埋弧焊原理及波形特征@李桓$天津大学材料科学与工程学院
@刘琼$天津大学材料科学与工程学院
@杜乃成$天津工业自动化仪表研究所
@陈埒涛$天津大学材料科学与工程学院
@郭胜$天津大学材料科学与工程学院
@田鹏$华油钢管有限责任公司
@叶长军$华油钢管有限责任公司
@王庆国$华油钢管有限责任公司脉冲;;埋弧焊;;脉冲频率;;脉宽比提出了一种采用直流脉冲电流的埋弧焊工艺 ,研制开发了以单片机为核心的脉冲电流控制器。该控制器包括三种输出控制形式 ,并且可以采用数码管监视脉冲参数和控制器的运行状态。试验表明 ,分别改变脉冲频率、脉宽比、峰值电流和基值电流值可以得到不同的输出波形 ,其中电流波形变化比较大 ,电压波形变化比较小 ,从而证明了脉冲控制器对焊接电流的有效控制。1 杜乃成.脉冲埋弧焊方法研究及应用探讨:<学位论文>.天津:天津大学,2003
2 Hrivnak,Ivan.Physicalmetallurgyofpulsedcurrentsub mergedarcweldingofsteels.ISIJInternational,1998,38(10):1100～1106
3 MerkulovBA .Specialfeaturesofthesubmergedpulsed arcweldingoffilletjointswithone sideedgepreparation.Weld ingProduction(EnglishTranslationofSvarochnoeProizvodst vo),1981,28(4):23～28
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5 杨春利,林三宝.电弧焊基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.174～175
6 张友德.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社,1992脉冲埋弧焊的电弧电 压、焊接电流波形可根据工艺参数的不同有很大变化。脉冲埋弧焊原理及波形特征@李桓$天津大学材料科学与工程学院
@刘琼$天津大学材料科学与工程学院
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@陈埒涛$天津大学材料科学与工程学院
@郭胜$天津大学材料科学与工程学院
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@王庆国$华油钢管有限责任公司脉冲;;埋弧焊;;脉冲频率;;脉宽比提出了一种采用直流脉冲电流的埋弧焊工艺 ,研制开发了以单片机为核心的脉冲电流控制器。该控制器包括三种输出控制形式 ,并且可以采用数码管监视脉冲参数和控制器的运行状态。试验表明 ,分别改变脉冲频率、脉宽比、峰值电流和基值电流值可以得到不同的输出波形 ,其中电流波形变化比较大 ,电压波形变化比较小 ,从而证明了脉冲控制器对焊接电流的有效控制。1 杜乃成.脉冲埋弧焊方法研究及应用探讨:<学位论文>.天津:天津大学,2003
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4 GuptaPC .Influenceofcur
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