基于焊接电弧物理的CO2气保护药芯焊丝工艺性分析与评价

摘要

药芯焊丝工艺性是药芯焊丝综合质量的重要方面，是焊丝是否具有竞争力的重要因素。如何对药芯焊丝的工艺性进行评价，一直是业内人士关注的热点问题之一。过去，药芯焊丝工艺性还主要依靠操作者的直觉和经验来评估。如果能够实现对药芯焊丝工艺性的定量化评价，使药芯焊丝工艺性的分析和判定由人的直观感觉和定性评估提高到以数据信息为基础的定量分析与判定，由经验感性阶段提升到科学定量层面上来，将对药芯焊丝技术创新产生重要的影响。
　　 药芯焊丝工艺性与药芯焊丝在焊接过程中的电弧物理特性有着内在的联系。以现代计算机技术为基础的汉诺威弧焊分析仪为药芯焊丝电弧物理特性的研究提供了新的手段，也为科学定量化评价药芯焊丝工艺性提供了可能。
　　 论文以钛型CO2气保护药芯焊丝为研究对象，采用高速摄影技术和汉诺威弧焊分析仪相结合为研究手段，在选取不同焊接电参数条件下，对五种市售典型的药芯焊丝电弧物理特性进行测试和分析。研究发现，在较小焊接电参数下，焊丝的熔滴过渡形态为大滴排斥过渡，在较大焊接电参数下，熔滴过渡形态可转变为细颗粒过渡。熔滴尺寸大，过渡频率低，飞溅大，电弧稳定性差，焊丝熔化效率低，是大滴排斥过渡的特点；细颗粒过渡时，熔滴过渡频率高，焊接过程稳定，飞溅小，焊缝成形良好，焊丝熔化效率高，是药芯焊丝理想的过渡形态。通过电弧电压和焊接电流原始波形图及其概率密度分布图、电弧U－I曲线图、短路时间和短路周期时间频率分布图，进一步分析了药芯焊丝的电弧物理特性。
　　 在分析药芯焊丝电弧物理特性的基础上，对汉诺威弧焊分析仪测试得到的数据进行二次处理。对电弧电压和焊接电流原始波形进行平滑处理并提取有效极值点，绘制出熔滴过渡周期频率分布图；通过分析快速傅里叶变换频谱图、采用带通滤波以及低通滤波的方法提取出反映熔滴波动情况的特征信息。在不同焊接电参数下，分别提取出与药芯焊丝工艺性紧密相联的特征信息，即在24.5/190A焊接电参数下为熔滴过渡周期变异系数、正常短路频率、正常短路周期变异系数、瞬时短路频率以及瞬时短路时间和等5个特征信息；在28V/240A和32V/300A焊接电参数下为熔滴过渡周期变异系数、带通滤波后的电压平均幅值和带通滤波后的电流平均幅值等3个特征信息；在35V/340A焊接电参数下为低通滤波后的电压变异系数、低通滤波后的电流变异系数、带通滤波后的电压平均幅值和带通滤波后的电流平均幅值等4个特征信息。采用主成分分析法对提取的多元特征信息值进行处理，确定药芯焊丝工艺性评价指数，从而对不同焊接电参数条件下的药芯焊丝工艺性进行定量化评价，为科学评价药芯焊丝工艺性提供了新方法。