交直流方波焊機在鋁鎂合金焊接領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用

      目前，各行業(yè)中所使用的鋁、鎂合金構(gòu)件，大都需要采用焊接工藝進行加工。如各種型號的鋁合金火箭筒體的焊接；宇宙飛船鋁合金殼體的焊接；輕型坦克的鋁合金輪轂及炮塔焊接；航天飛機鋁合金油箱焊接；大型鋁合金儲罐、鋁合金壓力容器的焊接等。焊接加工成為鋁、鎂合金加工制造行業(yè)中最重要的環(huán)節(jié)之一。

鋁、鎂合金的焊接采用的方法經(jīng)歷了直流鎢極接負TIG焊（DCEN）、直流鎢極接正TIG焊（DCEP）以及交流TIG焊等工藝；同時新出現(xiàn)的工藝有：穿孔等離子弧（VPPA）立焊、真空電子束（EBW）、PMIG、ACMIG、攪拌摩擦焊和激光（LBW）等。而交流TIG焊以其“成本適中、焊接質(zhì)量好、使用方便、操作簡單”的優(yōu)勢，被廣泛采用，在鋁鎂合金焊接領(lǐng)域中，應(yīng)用最為普遍。

時代的WSE系列焊機共包括：WSE-160、WSE-250、WSE-315及WSE-500等4款機型。該焊機自從2001年進入市場以來，不斷以新焊接工藝要求為動力，經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)改進、產(chǎn)品升級，經(jīng)受住了市場的嚴格考驗，得到了用戶的好評。該焊機的主要特色為：

1. 一機多能，具有手弧焊、直流氬弧、直流脈沖氬弧、直流氬弧點焊及交流氬弧5種焊接功能，每種焊接功能都具有優(yōu)異的性能品質(zhì)，完全可以與相應(yīng)的功能專機相媲美。如手工焊，可調(diào)參數(shù)包括焊接電流、引弧電流、推力電流、引弧時間等，此外還有電壓顯示。

2. 焊接參數(shù)的存儲、調(diào)用功能。

3. 腳踏遙控功能。

4. 雙機雙面同步焊功能。

5. 加長線、重載大規(guī)范焊接。

6. 高引弧成功率、高電弧穩(wěn)定性和高焊接質(zhì)量等。

該焊機在通用領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，本文重點介紹該焊機在鋁、鎂自行車行業(yè)、大型空分設(shè)備行業(yè)以及大型換熱器行業(yè)中的應(yīng)用。

WSE焊機在鋁、鎂合金自行車焊接行業(yè)中的應(yīng)用

自行車從金屬材料方面來看，主要有鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)及鎂合金結(jié)構(gòu)等幾種類型。目前，鋼結(jié)構(gòu)自行車的焊接工藝主要采用直流鎢極氬弧連續(xù)焊的焊接工藝，一般的直流氬弧焊機都能滿足其工藝要求。時代公司的WS、WSM系列焊機大量應(yīng)用于這方面的焊接。

鋁合金結(jié)構(gòu)自行車的焊接工藝主要采用交流氬弧腳踏遙控連續(xù)焊的焊接工藝。該工藝的主要特點是焊接電流可以隨時任意用腳調(diào)節(jié)，靈活地控制母材的熱輸入量，可實現(xiàn)對不同母材厚度、不同方位的同一條焊縫實現(xiàn)連續(xù)完整焊接，有效地減少了焊縫接頭的數(shù)量，降低了結(jié)構(gòu)件的變形程度，從而使焊接質(zhì)量得到了很大的提高。該焊接工藝對焊接電源的主要要求是除了要具有優(yōu)良的通用性能指標(biāo)、引弧成功率和較好的電弧穩(wěn)定性、高可靠性以外，還必須要求具有腳踏遙控功能。時代WSE焊機設(shè)有專門的腳踏遙控控制接口，并配有專門的腳踏遙控器?？刂破魍庑兔烙^，回程角度合適、力度適中，腳踏面板采用螺紋設(shè)計、腳感舒適，使用壽命高達100萬次，并且具有最大最小電流限制功能等。腳踏控制器與焊機的接口簡單方便（如圖1所示），線纜A為腳踏控制器的開關(guān)線纜與焊機的焊槍開關(guān)插座相連，線纜B為腳踏控制器的控制線纜與焊機后面板上的遙控插座相連。具有腳踏遙控功能的時代WSE焊機，在自行車行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1 腳踏遙控器與焊機的連接示意圖

與鋁合金相比，鎂合金具有相同的強韌性和更低的比重（密度），所以近幾年來，鎂合金自行車行業(yè)得到了大力的發(fā)展，成為了自行車家族中的又一重要成員。由于鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)小，熔點、沸點低，極易自燃，所以鎂合金比鋁合金更難焊接，焊接的工藝過程更加復(fù)雜。目前，鎂合金自行車的焊接工藝主要有兩種：一種是交流氬弧腳踏斷續(xù)焊，一種是交流氬弧柔性電弧連續(xù)焊。

腳踏斷續(xù)焊是從鋁合金的腳踏連續(xù)焊演變而來的，其工藝特點是要有高頻率的起停電弧，快速的增加、衰減電流。為此，我們在原有的腳踏遙控的基礎(chǔ)上，作了進一步的改進升級，專門設(shè)計了“腳踏斷續(xù)焊”功能。升級了焊機的軟件程序，增加了一種操作方式（腳踏斷續(xù)焊操作方式），可實現(xiàn)“腳控交流脈沖”功能，交流脈沖頻率可由腳任意調(diào)解，基值電流可以降到10A，從而維持電弧不滅，避免了再次高頻起弧，電流的增加、衰減速度極快，可在20ms內(nèi)完成。

柔性電弧連續(xù)焊實質(zhì)上是對電弧的挺度控制，其工藝特點是電弧要柔和、平穩(wěn)，沖擊、抖動小，從而有效地控制熔融狀態(tài)下的液態(tài)鎂合金不出現(xiàn)爆破現(xiàn)象，提高焊接質(zhì)量，保證人身安全。時代的WSE焊機具有一套獨特的電流波形控制算法，可有效地控制電流波形，實現(xiàn)準(zhǔn)方波電流的輸出。圖2是焊接電流為150A的實測電流波形。目前，時代的WSE-315已在幾家鎂合金自行車廠得到了廣泛、大量的使用。

圖2 電流為150A時的準(zhǔn)方波電流波形

WSE焊機在大型鋁制空分設(shè)備等行業(yè)中的應(yīng)用

大型空分裝置分餾塔內(nèi)鋁制容器、大型鋁制管道等的焊接工作量大，質(zhì)量要求嚴格，目前普遍采用一種叫做“雙人雙機雙面同步ACTIG立焊”的新型焊接工藝（如圖3所示）。正面焊縫處于工件外側(cè)， 持主槍進行焊接， 焊絲緊貼工件填入熔池；反面焊縫在工件內(nèi)側(cè)， 持副槍進行焊接， 一般不填焊絲。主副焊槍與工件的夾角保持70~80為宜， 利用電弧作用力和氬氣吹力形成一個向上的托力， 并與熔池的表面張力共同對熔池起著支承作用， 從而防止了熔池金屬下淌，獲得的焊縫質(zhì)量良好。該工藝的操作要點為：不論工件外形如何， 待焊部位必須處于垂直位置狀態(tài)；主副焊槍要同時施焊， 主槍在前， 副槍在后， 其焊速根據(jù)主槍的移動速度變化而改變，嚴格要求兩槍的間距始終保持為一個熔池長度左右；接口間隙較大， 其最佳值保持與使用的焊絲直徑相等或稍大一些。優(yōu)點是焊縫中氣孔率很低、夾渣極少、焊漏或未焊透缺陷少、變形小，焊接質(zhì)量高；不需開坡口、清焊根，工藝裝置簡單、裝配勞動強度低，提高了生產(chǎn)效率；工序大量減少，廠房、設(shè)備及人力等方面的利用率高，節(jié)能節(jié)電、輔助設(shè)備投資少，節(jié)約了成本。

圖3 雙人雙機雙面同步ACTIG立焊

與該工藝配套的交流氬弧焊接電源主要有兩大類：一類是變壓器式的單相交流機，其交流輸出頻率與電網(wǎng)頻率一致；一類是可控整流或逆變式的先進電子設(shè)備，其交流輸出頻率、占空比獨立可調(diào)。無論哪類電源，該工藝的核心要求都是焊接過程中2臺焊機的輸出電流要穩(wěn)定，避免爭流或分流的現(xiàn)象發(fā)生，從而保證電弧的穩(wěn)定性。雙焊機電氣原理如圖4所示，即雙機雙面交流氬弧對頭焊工藝要求2臺焊機的輸出電流頻率、占空比及相位一致。對于變壓器式的交流機，可通過簡單的改變輸入電纜的接線順序?qū)崿F(xiàn)該要求。而對于逆變式或可控整流式焊接電源而言，則必須作特殊的設(shè)計才行。

圖4 雙焊機電氣原理

時代的WSE焊機設(shè)有專門的“同步通信控制接口”，通過通信電纜，2臺焊機可方便地實現(xiàn)雙機相位同步功能。其主要的技術(shù)特點是：

1. 焊機的硬件上無主機、從機之分，具有該通信接口的任意2臺焊機即可配對工作，焊接時先起弧、先有電流的焊機為主機，后起弧的焊機為從機。從機的輸出電流除了幅值大小為自身設(shè)定值以外，其輸出頻率、占空比、相位極性與主機保持一致（誤差在150μs左右，可完全滿足焊接工藝的要求）。此外，在焊接過程中一旦主機滅弧停焊（比如換焊絲），則從機自動變?yōu)橹鳈C，以自己的頻率、占空比等輸出，而原來的主機則自動變?yōu)閺臋C。自潤滑軸承

2. 雙機之間通信協(xié)議簡捷、高效，硬件電路新穎獨特，抗干擾性極強，雙機之間即使在高頻引弧階段也彼此互不干擾，保證了焊機的高可靠性。

3. 使用方便，只需用一個專用的控制線纜將2臺焊機連起來即可，即插即用，焊接參數(shù)可根據(jù)實際使用要求獨立設(shè)定。圖5為雙機實測輸出電流波形，圖6為現(xiàn)場雙焊機的應(yīng)用照片，圖7為現(xiàn)場雙機雙面焊接和所焊工件實物照片。

圖5 雙機實測輸出電流波形

圖6 雙焊機應(yīng)用照片

圖7 雙機雙面實際焊接及所焊工件

WSE焊機在大型換熱器行業(yè)中的應(yīng)用

目前在飛機、中央空調(diào)以及冷藏庫等行業(yè)中大量的使用了鋁合金換熱器，這些換熱器普遍的特點是工件龐大，長距離、高空焊接作業(yè)。所以，要求焊機必須具有高負載持續(xù)率和大加長線的焊接功能。時代的WSE-500焊機在環(huán)境溫度高達40℃時，仍具有500A/60%以上的高負載持續(xù)率，并且能達到實際420A左右連續(xù)焊的焊接工藝要求。在焊槍線、地線電纜都加長到30m，單線纜盤繞打圈后并套在鐵柱（等效電感在100~180uH左右）上時，仍能保證焊接電流穩(wěn)定輸出，電弧穩(wěn)定。也就是說，在正常的應(yīng)用中（一般焊機對加長線的使用要求是，線可適當(dāng)加長，但不能盤圈），時代WSE-500焊機的加長線可加長到50m左右，還能保證正常的焊接應(yīng)用。圖8是時代WSE-500焊機大規(guī)范、加長線的使用情況。

圖8 時代WSE-500焊機大規(guī)范、加長線的現(xiàn)場使用

      時代的WSE系列焊機經(jīng)過多年的持續(xù)技術(shù)改進、功能升級和完善，在鋁鎂合金等輕金屬焊接行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，經(jīng)受住了市場的嚴格考驗，得到了用戶的好評。除了在通用領(lǐng)域的大量應(yīng)用外，在鋁、鎂合金自行車行業(yè)、大型空分鋁制設(shè)備行業(yè)以及大型鋁制換熱器等特殊應(yīng)用行業(yè)也得到了廣泛、大量的應(yīng)用。