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低飞溅高速 CO2焊技术

成果与项目的背景及主要用途：近年来我国钢材年消耗量迅速增加，焊接工程量巨大，高效化焊接成为焊接技术发展的主流。MAG/CO2 焊由于其易于实现自动化、抗锈低氢、成本低以及可进行全位置焊接等优点，成为高效化焊接方法的重要选择。在我国，以 MAG/CO2 焊为主的气体保护焊工艺应用水平与发达国家相比仍有较大差距，但发展较快。据统计：1999 年，我国的气体保护焊在整个焊接工艺中所占的比例约为 10%，而日本和美国则达 70%左右；2002 年我国此比例达到了约 17%，预计 2005 年可以达到 22~25%。在我国以 MAG/CO2焊为主的气体保护焊在很大范围内正逐步取代焊条电弧焊，极具发展潜力。 MAG/CO2 气体保护焊短路过渡方式应用非常突出，国内外研究人员的研究证明：采用 MAG/CO2 焊短路过渡形式，可以有效地防止高速焊接(1m/min 以上) 时形成的焊接缺陷。但由于 MAG/CO2 焊保护气体本身的物理性质所决定的，使用活性 CO2 气体保护的焊接无论是采用细丝短路过渡方式，还是粗丝大电流的颗粒过渡方式，都会造成较大的飞溅，在短路过渡方式中，焊缝成形差也是很大的问题。著名的 STT 控制法利用对电流电压的快速控制，大大降低了短路过渡过程的飞溅，改善了焊缝成形，但也只适用于电流较小的场合，用于高速焊接需要大电流的场合时仍存在飞溅大等不足之处。该技术主要解决纯 CO2 气体保护焊或低氩保护 MAG 焊时短路过渡的飞溅和焊缝成形问题。技术原理与工艺流程简介：该系统利用传感器采集信息，由单片机系统对焊接过程的信息进行分析，控制逆变弧焊电源的输出。关键问题在于实时控制的及时性。短路过渡存在大量快速的瞬态过程，需要 122天津大学科技成果选编 123 控制电路及时做出响应，有很大难度。美国林肯公司的 STT 焊机利用 IGBT 功率开关并联限流电阻的方法，可以非常迅速地减小电流，对于防止飞溅非常有利。但 IGBT 的工作条件非常严酷，限制了利用 IGBT 功率开关进行深入的研究，也使其局限于较小电流的场合。受上述条件的制约，我们必须考虑其他的选择。本技术找到了一种预判短路过程的方法，采用高速模拟电路为主并结合单片机的中断处理方法加以控制；而对短路过渡相对稳定的过程，其控制则以单片机为主，可以进行信息融合运算，甚至可以进行瞬态过程的预判运算。技术水平及专利与获奖情况：国际先进，国家发明专利。应用前景分析及效益预测：目前 CO2 焊的飞溅问题的解决主要采用：a.纯氩或混合气保护，气体成本高；b.利用进口 STT 焊机，在低速焊、小电流范围应用，焊机成本高；c.采用药芯焊丝，焊丝成本高，且只能焊接中厚板，不能短路过渡焊。这些解决方法都并不令人十分满意，因而本技术有很好的的实际应用前景。本技术可将飞溅率降为普通短路过渡的 1/2~1/3 以下，以一个年消耗焊丝 500~1000 吨的大中型企业计算，每年仅焊丝飞溅造成的损失就可减少数十万元，尚不包括清理飞溅所投入的人力物力。而本技术在普通逆变焊机基础上加上 500~1000 元的一次性的材料成本投入，即可大幅度提高焊机的性能。应用领域：机械、船舶、钢结构、汽车等众多行业。

天津大学 2021-04-11