交直流方波焊机在铝镁合金焊接领域的广泛应用

HEATS · 发表于 2010-9-12 16:11:36

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目前，各行业中所使用的-铝、镁合金构件，大都需要采用-焊接工艺进行加工。如各种型号的铝合金火箭筒体的焊接；宇宙飞船铝合金壳体的焊接；轻型坦克的铝合金轮毂及炮塔焊接；航天飞机铝合金油箱焊接；大型铝合金储罐、铝合金压力容器的焊接等。焊接加工成为铝、镁合金加工制造行业中最重要的环节之一。

铝、镁合金的焊接采用的方法经历了直流钨极接负TIG焊（DCEN）、直流钨极接正TIG焊（DCEP）以及交流TIG焊等工艺；同时新出现的工艺有：穿孔等离子弧（VPPA）立焊、真空电子束（EBW）、PMIG、ACMIG、搅拌摩擦焊和激光（LBW）等。而交流TIG焊以其“成本适中、焊接质量好、使用方便、操作简单”的优势，被广泛采用，在铝镁合金焊接领域中，应用最为普遍。

时代的WSE系列焊机共包括：WSE-160、WSE-250、WSE-315及WSE-500等4款机型。该-焊机自从2001年进入市场以来，不断以新焊接工艺要求为动力，经过持续的技术改进、产品升级，经受住了市场的严格考验，得到了用户的好评。该焊机的主要特色为：

1. 一机多能，具有手弧焊、直流氩弧、直流脉冲氩弧、直流氩弧点焊及交流氩弧5种焊接功能，每种焊接功能都具有优异的性能品质，完全可以与相应的功能专机相媲美。如手工焊，可调参数包括焊接电流、引弧电流、推力电流、引弧时间等，此外还有电压显示。

2. 焊接参数的存储、调用功能。

3. 脚踏遥控功能。

4. 双机双面同步焊功能。

5. 加长线、重载大规范焊接。

6. 高引弧成功率、高电弧稳定性和高焊接质量等。

该焊机在通用领域已经得到了广泛的应用，本文重点介绍该焊机在铝、镁自行车行业、大型空分设备行业以及大型换热器行业中的应用。

WSE焊机在铝、镁合金自行车焊接行业中的应用

自行车从金属材料方面来看，主要有钢结构、铝合金结构及镁合金结构等几种类型。目前，钢结构自行车的焊接工艺主要采用直流钨极氩弧连续焊的焊接工艺，一般的直流氩弧焊机都能满足其工艺要求。时代公司的WS、WSM系列焊机大量应用于这方面的焊接。

铝合金结构自行车的焊接工艺主要采用交流氩弧脚踏遥控连续焊的焊接工艺。该工艺的主要特点是焊接电流可以随时任意用脚调节，灵活地控制母材的热输入量，可实现对不同母材厚度、不同方位的同一条焊缝实现连续完整焊接，有效地减少了焊缝接头的数量，降低了结构件的变形程度，从而使焊接质量得到了很大的提高。该焊接工艺对焊接电源的主要要求是除了要具有优良的通用性能指标、引弧成功率和较好的电弧稳定性、高可靠性以外，还必须要求具有脚踏遥控功能。时代WSE焊机设有专门的脚踏遥控控制接口，并配有专门的脚踏遥控器。控制器外型美观，回程角度合适、力度适中，脚踏面板采用螺纹设计、脚感舒适，使用寿命高达100万次，并且具有最大最小电流限制功能等。脚踏控制器与焊机的接口简单方便（如图1所示），线缆A为脚踏控制器的开关线缆与焊机的焊枪开关插座相连，线缆B为脚踏控制器的控制线缆与焊机后面板上的遥控插座相连。具有脚踏遥控功能的时代WSE焊机，在自行车行业中得到了广泛的应用。

图1 脚踏遥控器与焊机的连接示意图

与铝合金相比，镁合金具有相同的强韧性和更低的比重（密度），所以近几年来，镁合金自行车行业得到了大力的发展，成为了自行车家族中的又一重要成员。由于镁合金的导热系数小，熔点、沸点低，极易自燃，所以镁合金比铝合金更难焊接，焊接的工艺过程更加复杂。目前，镁合金自行车的焊接工艺主要有两种：一种是交流氩弧脚踏断续焊，一种是交流氩弧柔性电弧连续焊。

脚踏断续焊是从铝合金的脚踏连续焊演变而来的，其工艺特点是要有高频率的起停电弧，快速的增加、衰减电流。为此，我们在原有的脚踏遥控的基础上，作了进一步的改进升级，专门设计了“脚踏断续焊”功能。升级了焊机的软件程序，增加了一种操作方式（脚踏断续焊操作方式），可实现“脚控交流脉冲”功能，交流脉冲频率可由脚任意调解，基值电流可以降到10A，从而维持电弧不灭，避免了再次高频起弧，电流的增加、衰减速度极快，可在20ms内完成。

柔性电弧连续焊实质上是对电弧的挺度控制，其工艺特点是电弧要柔和、平稳，冲击、抖动小，从而有效地控制熔融状态下的液态镁合金不出现爆破现象，提高焊接质量，保证人身安全。时代的WSE焊机具有一套独特的电流波形控制算法，可有效地控制电流波形，实现准方波电流的输出。图2是焊接电流为150A的实测电流波形。目前，时代的WSE-315已在几家镁合金自行车厂得到了广泛、大量的使用。

图2 电流为150A时的准方波电流波形

WSE焊机在大型铝制空分设备等行业中的应用

大型空分装置分馏塔内铝制容器、大型铝制管道等的焊接工作量大，质量要求严格，目前普遍采用一种叫做“双人双机双面同步ACTIG立焊”的新型焊接工艺（如图3所示）。正面焊缝处于工件外侧，持主枪进行焊接，焊丝紧贴工件填入熔池；反面焊缝在工件内侧，持副枪进行焊接，一般不填焊丝。主副焊枪与工件的夹角保持70~80为宜，利用电弧作用力和氩气吹力形成一个向上的托力，并与熔池的表面张力共同对熔池起着支承作用，从而防止了熔池金属下淌，获得的焊缝质量良好。该工艺的操作要点为：不论工件外形如何，待焊部位必须处于垂直位置状态；主副焊枪要同时施焊，主枪在前，副枪在后，其焊速根据主枪的移动速度变化而改变，严格要求两枪的间距始终保持为一个熔池长度左右；接口间隙较大，其最佳值保持与使用的焊丝直径相等或稍大一些。优点是焊缝中气孔率很低、夹渣极少、焊漏或未焊透缺陷少、变形小，焊接质量高；不需开坡口、清焊根，工艺装置简单、装配劳动强度低，提高了生产效率；工序大量减少，厂房、设备及人力等方面的利用率高，节能节电、辅助设备投资少，节约了成本。

图3 双人双机双面同步ACTIG立焊

与该工艺配套的交流氩弧焊接电源主要有两大类：一类是变压器式的单相交流机，其交流输出频率与电网频率一致；一类是可控整流或逆变式的先进电子设备，其交流输出频率、占空比独立可调。无论哪类电源，该工艺的核心要求都是焊接过程中2台焊机的输出电流要稳定，避免争流或分流的现象发生，从而保证电弧的稳定性。双焊机电气原理如图4所示，即双机双面交流氩弧对头焊工艺要求2台焊机的输出电流频率、占空比及相位一致。对于变压器式的交流机，可通过简单的改变输入电缆的接线顺序实现该要求。而对于逆变式或可控整流式焊接电源而言，则必须作特殊的设计才行。

图4 双焊机电气原理

时代的WSE焊机设有专门的“同步通信控制接口”，通过通信电缆，2台焊机可方便地实现双机相位同步功能。其主要的技术特点是：

1. 焊机的硬件上无主机、从机之分，具有该通信接口的任意2台焊机即可配对工作，焊接时先起弧、先有电流的焊机为主机，后起弧的焊机为从机。从机的输出电流除了幅值大小为自身设定值以外，其输出频率、占空比、相位极性与主机保持一致（误差在150μs左右，可完全满足焊接工艺的要求）。此外，在焊接过程中一旦主机灭弧停焊（比如换焊丝），则从机自动变为主机，以自己的频率、占空比等输出，而原来的主机则自动变为从机。自润滑轴承

2. 双机之间通信协议简捷、高效，硬件电路新颖独特，抗干扰性极强，双机之间即使在高频引弧阶段也彼此互不干扰，保证了焊机的高可靠性。

3. 使用方便，只需用一个专用的控制线缆将2台焊机连起来即可，即插即用，焊接参数可根据实际使用要求独立设定。图5为双机实测输出电流波形，图6为现场双焊机的应用照片，图7为现场双机双面焊接和所焊工件实物照片。

图5 双机实测输出电流波形

图6 双焊机应用照片

图7 双机双面实际焊接及所焊工件

WSE焊机在大型换热器行业中的应用

目前在飞机、中央空调以及冷藏库等行业中大量的使用了铝合金换热器，这些换热器普遍的特点是工件庞大，长距离、高空焊接作业。所以，要求焊机必须具有高负载持续率和大加长线的焊接功能。时代的WSE-500焊机在环境温度高达40℃时，仍具有500A/60%以上的高负载持续率，并且能达到实际420A左右连续焊的焊接工艺要求。在焊枪线、地线电缆都加长到30m，单线缆盘绕打圈后并套在铁柱（等效电感在100~180uH左右）上时，仍能保证焊接电流稳定输出，电弧稳定。也就是说，在正常的应用中（一般焊机对加长线的使用要求是，线可适当加长，但不能盘圈），时代WSE-500焊机的加长线可加长到50m左右，还能保证正常的焊接应用。图8是时代WSE-500焊机大规范、加长线的使用情况。

图8 时代WSE-500焊机大规范、加长线的现场使用

雕刻机

时代的WSE系列焊机经过多年的持续技术改进、功能升级和完善，在铝镁合金等轻金属焊接行业中得到了广泛应用，经受住了市场的严格考验，得到了用户的好评。除了在通用领域的大量应用外，在铝、镁合金自行车行业、大型空分铝制设备行业以及大型铝制换热器等特殊应用行业也得到了广泛、大量的应用。

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