脈沖MIG焊接工藝與質(zhì)量控制探析

張健

（湘潭電機股份有限公司，湖南 湘潭 411101）

脈沖MIG焊接（Pulsed Metal Inert Gas Welding）是目前應(yīng)用較廣的一種焊接系統(tǒng)，能夠適用于多種焊接場合，焊接效率高、質(zhì)量好、自動化程度高，應(yīng)用前景廣闊。近年來隨著焊接生產(chǎn)的自動化、智能化要求的不斷提高，在質(zhì)量控制方面也提出了更高的要求，本文主要圍繞脈沖MIG焊接工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用展開具體分析。

1 脈沖MIG焊接工藝原理與特點

脈沖MIG焊是基于傳統(tǒng)MIG焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要是利用脈沖電流控制熔滴過渡，實現(xiàn)良好的焊接過程。

與傳統(tǒng)MIG焊工藝相比，脈沖MIG焊使用變動的電流、電壓進(jìn)行焊接工作，其優(yōu)勢可歸納如下。

（1）脈沖MIG焊可在較大范圍內(nèi)選擇焊接點電流，平均焊接電流可為十幾安培，也可為幾百安培，均可保證穩(wěn)定噴射過渡。

（2）脈沖MIG焊可實現(xiàn)對熔滴過渡、熔池尺寸的有效控制，如此有利于全位置焊接。

（3）脈沖MIG焊可對脈沖參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在保證電弧穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減小平均電流與對母材的熱輸入量，接頭性能良好。

（4）脈沖MIG焊接過程中，脈沖峰值、基值呈現(xiàn)為周期性變化，實現(xiàn)對熔池的攪動，減少氣孔，保證焊接接頭成分均勻，焊縫質(zhì)量良好。

總之，脈沖MIG焊基本可適用于所有材料，可較好實現(xiàn)薄板焊接、全位置焊接、熱敏感材料焊接等，市場前景廣闊。

2 脈沖MIG焊接工藝關(guān)鍵點與質(zhì)量控制

2.1 脈沖MIG焊接工藝關(guān)鍵點

2.1.1 電流波形選擇

脈沖MIG焊接過程中，為保證焊接質(zhì)量達(dá)標(biāo)，應(yīng)根據(jù)實際焊接材料、焊絲直徑、送絲速度等參數(shù)，對電流脈沖波形進(jìn)行合理選擇，如下圖1所示即為脈沖MIG焊電流波形圖。由圖中分析可知，影響脈沖MIG焊接工藝的主要參數(shù)包括電流（峰值IP、基值Ib、平均值Ia）、脈沖寬度（PT）、基值時間（Ib）、脈沖頻率（f）、占空比（k）。在實際焊接時，正確對上述參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，確保其相互匹配平衡，實現(xiàn)對焊接平均電流的控制，提高焊縫質(zhì)量。

圖1 脈沖MIG焊電流波形圖

2.1.2 熔滴過渡技術(shù)

對于脈沖MIG焊而言，基于不同峰值電流與持續(xù)時間，可將熔滴過渡方式分為三種多脈一滴、一脈一滴、一脈多滴。根據(jù)相關(guān)研究顯示，脈沖MIG焊最佳過渡方式為一脈一滴，在焊接穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較好，具體需做好焊接參數(shù)匹配，以實現(xiàn)對過渡金屬量的有效控制，保證焊縫良好成型。

表1 主路焊接工藝參數(shù)

2.1.3 弧長控制技術(shù)

脈沖MIG焊接過程中，熔滴過渡必然會導(dǎo)致弧長產(chǎn)生變化，因此要想實現(xiàn)弧長恒定不變是不可行的。對此，需采用合適的控制方法保證弧長相對穩(wěn)定，現(xiàn)階段常用的有瞬時弧長控制、平均弧長控制兩種方法，前者的控制對象為瞬時電壓/電流，包括門限控制法、QH-ARC控制法等，其動態(tài)性能相對較好，但是熔滴過渡不夠穩(wěn)定，極易遭受干擾；后者控制對象為平均電壓/電流，包括開—閉環(huán)控制結(jié)合并用等，其熔滴過渡理想，但是動態(tài)響應(yīng)相對較差。

2.1.4 焊接信號處理技術(shù)

脈沖MIG焊接過程中要對焊接電流進(jìn)行精確的控制，但是焊接過程中干擾因素眾多，必須從中選取高品質(zhì)的電流信號，這也是焊接領(lǐng)域研究熱點之一，當(dāng)前主要處理技術(shù)有小波分析的焊接電流信號軟件處理方法、組合濾波法（包括改進(jìn)的最小值濾波法、自適應(yīng)中值濾波法、加權(quán)平均濾波法以及均值濾波法）等。

2.2 脈沖MIG焊接工藝質(zhì)量控制

根據(jù)脈沖MIG焊接工藝情況分析可知，其具有工藝參數(shù)多、影響復(fù)雜等特點，必須開展嚴(yán)格工藝控制，以更好的保證脈沖MIG焊接質(zhì)量，發(fā)揮應(yīng)有的焊接優(yōu)勢，得到優(yōu)質(zhì)的焊接件。在傳統(tǒng)焊接工藝質(zhì)量控制方法下，主要是依靠專業(yè)技術(shù)人員憑經(jīng)驗進(jìn)行焊接工藝參數(shù)微調(diào)，完成焊接工作后通過人工檢測焊縫質(zhì)量，基于現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，將其引入到焊接質(zhì)量控制中可大大提高焊件生產(chǎn)效率、自動化程度，此方面研究也是脈沖MIG焊接工藝質(zhì)量控制領(lǐng)域的重要課題。

根據(jù)脈沖MIG焊接工藝實施過程分析可知，電流、電壓數(shù)值瞬息萬變，這些數(shù)值信息中包含大量物理特征信息，不同焊接狀態(tài)下這些電信號存在明顯差異，通過此類信號可提取焊接質(zhì)量相關(guān)特征信息，為焊接質(zhì)量控制提供可靠依據(jù)。隨著焊接自動化、智能化技術(shù)的發(fā)展，利用焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)提取電流、電壓信號成為研究熱點，其可實現(xiàn)焊接過程實時監(jiān)測與焊接質(zhì)量評估，并落實焊接工藝參數(shù)的記錄存儲、總結(jié)優(yōu)化，切實保證焊接件最終質(zhì)量可靠，滿足設(shè)計、生產(chǎn)要求。

3 工藝試驗——以雙弧脈沖MIG焊質(zhì)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用為例

3.1 系統(tǒng)概況

本文僅以某雙弧脈沖 MIG 焊質(zhì)量控制系統(tǒng)為例展開分析，本系統(tǒng)基于Lab VIEW開發(fā)上位機軟件，包括控制模塊、圖像采集模塊、電信號采集模塊。系統(tǒng)主要設(shè)備有逆變式脈沖MIG弧焊機、逆變式脈沖氬弧焊機、驅(qū)動器LC2608H、控制器MMT-4Q、控制器DS-3200以及霍爾電流傳感器、電壓傳感器、工業(yè)相機。

3.2 工藝試驗

本系統(tǒng)通過工藝試驗對其質(zhì)量控制效果進(jìn)行驗證，具體焊接工藝參數(shù)如表1所示。

第三組工藝試驗焊縫編號為C1，通過采集獲得的三路電流信號與控制中心對脈沖電源的控制參數(shù)進(jìn)行對比，顯示此質(zhì)量控制系統(tǒng)對焊接過程實現(xiàn)了穩(wěn)定控制，最終焊接產(chǎn)品外部美觀、質(zhì)量可靠。

4 結(jié)語

綜上所述，脈沖MIG焊接工藝近年來在我國應(yīng)用十分廣泛，其具有控制方式靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定性強、焊接質(zhì)量好等特點。基于脈沖MIG焊接工藝質(zhì)量要求，在實際焊接中應(yīng)積極采用質(zhì)量控制系統(tǒng)，切實穩(wěn)定控制焊接過程，實時采集相關(guān)電信號、焊接電弧圖像，實現(xiàn)對焊接全過程監(jiān)控與管理，防止出現(xiàn)焊縫缺陷，保障焊接件質(zhì)量要求達(dá)標(biāo)。