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缆式焊丝焊接工艺及设备江苏科技大学方臣富教授2012.5.10焊接电弧结构及形态焊接过程温度场焊接接头应力场焊接工艺性能缆式焊丝焊接设备断面示意图实物图中心丝为实芯焊丝中心丝为药芯焊丝缆式焊丝实物图与组合示意图采用多根药芯或实芯焊丝旋转绞合而成，其中一根焊丝（称为中心丝）位于中间，其余焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合，形成缆状式大直径焊丝缆式焊丝实物图焊接电弧多信息采集系统WorkpieceImagerecorderMemoryoscilloscopeHallsensorCurrentdiverterXenonlampSynchronismcontrollerWeldingpowerWeldingarcHigh-speedcameraComputerTravelingdeviceWeldingparameterstester焊接电弧多信息采集系统焊接试验规范编号焊接方法焊丝直径焊接电流焊接电压保护气体焊接速度L1缆式气保焊3.6mm550A36.5V28L/min45cm/minL2缆式气保焊3.6mm600A37V28L/min45cm/minL3缆式气保焊3.6mm650A37.5V28L/min45cm/minD1单丝气保焊1.2mm170A27V28L/min35cm/minD2单丝气保焊1.2mm220A27V28L/min35cm/minD3单丝气保焊1.2mm270A27V28L/min35cm/minM1埋弧焊4.0mm550A37V45cm/minM2埋弧焊4.0mm600A37V45cm/minM3埋弧焊4.0mm650A37V45cm/min缆式焊丝、单丝CO2气保焊和埋弧焊焊接规范缆式焊丝CO2气保焊多弧旋转耦合电弧(a)GMAW的钟罩状电弧形态(b)缆式焊丝CO2气保焊电弧形态GMAW电弧形态与缆式焊丝电弧形态缆式焊丝CO2气保焊电弧缆式焊丝CO2气保焊电弧为束状电弧，焊丝端部完全被电弧的弧根笼罩不同时刻缆式焊丝束状电弧形态缆式焊丝弧柱之间电磁收缩力作用强烈，使各个行星丝弧柱向中心弧柱的收缩作用明显多弧旋转耦合电弧结构电磁力电磁力耦合作用小焊丝1,7产生小弧耦合后空间弧柱区耦合后阴极区阴极区1阴极区7弧柱区7弧柱区1普通单丝电弧缆式焊丝电弧缆式焊丝电弧之间耦合作用效果缆式焊丝耦合阳极区耦合弧柱区耦合阴极区熔渣区缆式焊丝电弧结构阴极区最小电压原理、收缩效应和较大电磁收缩力的作用下，构成一个统一的多弧旋转耦合电弧多弧旋转耦合电弧结构多弧旋转耦合电弧旋转焊丝燃烧时具有周向旋转特性，电弧导电截面积不均匀性，间接促进缆式焊丝在燃弧过程中的旋转行为，熔滴过渡形式呈细颗粒过渡和潜弧过渡交替形式，熔滴过渡时给人以往外“甩”的感觉单根小直径焊丝旋转示意图电磁力耦合电极电弧母材2Ra2Rb缆式焊丝电弧母材2Ra2Rb缆式焊丝电弧模型成一束状电弧，其电弧静压力远大于普通的GMAW电弧静压力焊接电弧模型与缆式焊丝电弧模型等离子流力耦合焊丝缆式焊丝弧柱等离子流等离子流弧柱熔池罩状电弧等离子流与缆式焊丝束状电弧等离子流示意图在束状的电弧形态下，等离子流较钟罩状电弧的密集缆式焊丝CO2气保焊温度场焊缝宏观形貌(a)L1(550A，36.5V)(b)L2(600A，37V)(c)L3(650A，37.5V)缆式焊丝CO2气保焊焊接接头宏观形貌(a)D1(170A，27V)(b)D2(220A，27V)(c)D3(270A，27V)单丝CO2气保焊焊接接头宏观形貌全桥式逆变焊接电源主电路焊接设备--逆变焊接电源（1）控制Q1、Q2、Q3、Q4四个开关管通断顺序、通断时间，变压器Tr原边得到正负半周对称的交流方波电压恒流外特性曲线当弧长受到外界干扰发生变化时，电源外特性下降的陡度越大，引起的焊接电流改变量就越小给定电压以TL494为核心的脉宽调制电路驱动电路PI调节电路送丝电机电弧电压负反馈电路电枢电压负反馈电路电流正反馈电路送丝电路原理框图变速送丝系统控制电路设计采用的是双闭环控制系统，内外环共同作用实现对送丝速度的控制缆式焊丝相比于单丝的焊丝具有完全不同的外形结构，因此送丝机构主要由矫直机构、传动机构以及压紧机构组成矫直机构传动机构压紧机构送丝机构机械图送丝机构设计ABC焊枪导气管枪颈分布器导电嘴保护咀拧紧螺栓焊枪机械设计图（a）(b)焊枪设计该设计使保护气体呈现钟罩形的层流，实现对电弧和熔池很好的保护（a）控制装置示意图（b）弧焊电源外特性与电弧静特性变速送丝系统变速送丝控制系统利用电弧电压作为反馈量实现送丝速度调节(a)Ug=1.670V，D=20.7%(b)Ug=2.145V，D=39.1%(c)Ug=2.773V，D=61.6%(d)Ug=3.062V，D=70.6%谢谢大家！