脉冲MIG焊熔滴过渡最佳方式的控制——文献学习体会

文献概况与技术背景

本文由哈尔滨工业大学刘会杰、张九海、熊志强三位学者于1992年发表于《金属科学与工艺》第11卷第3期，聚焦于脉冲MIG焊中熔滴过渡的控制问题。在钢管与管件焊接制造领域，MIG焊（熔化极气体保护焊）是应用最广泛的焊接方法之一，尤其在中厚壁无缝钢管的环焊缝、螺旋焊缝以及大口径管件的对焊成型中占据核心地位。熔滴过渡作为MIG焊过程的核心物理现象，直接决定了焊缝成形质量、飞溅量、热输入分布以及最终接头的力学性能。

脉冲MIG焊相较于常规MIG焊，其最大优势在于能够将热输入集中在脉冲阶段，降低基值电流阶段的稀释率和热影响区宽度，这对厚壁钢管、合金管件以及异种金属焊接具有重要意义。然而，脉冲MIG焊的质量控制难点恰恰在于熔滴过渡的稳定性和一致性。

核心技术思想解读

本文的核心创新在于提出了一个简洁而深刻的控制理念：基于"一个脉冲过渡一个熔滴且熔滴体积不变"的思想。这一思想看似简单，实则触及了脉冲MIG焊过程控制的本质。

熔滴过渡的基本原理

在脉冲MIG焊中，每个脉冲周期由峰值电流阶段和基值电流阶段组成。峰值电流阶段提供足够大的电磁收缩力和表面张力，使熔滴从焊丝端部脱离并以喷射形式过渡到熔池；基值电流阶段则维持电弧燃烧，熔滴形成但不脱离。理想的脉冲MIG焊过程应当实现每个脉冲精确对应一次熔滴过渡，且每次过渡的熔滴体积保持一致。

然而在实际生产中，以下因素会导致这一理想状态的偏离：

控制方式的创新

本文提出的控制方式可归纳为：在峰值电流和基值电流保持不变的条件下，通过送丝速度预置和峰值弧压调节，分别控制峰值时间和基值时间。

这一控制策略的工程意义在于：

1. 送丝速度预置：在焊接开始前，根据工件厚度、坡口形式、焊接位置等因素预先设定送丝速度，使焊丝的熔化速率与脉冲周期相匹配。对于钢管环焊缝焊接，送丝速度需考虑管径、壁厚、焊接速度以及管架定位精度等因素。
2. 峰值弧压调节：通过实时监测峰值阶段的弧压变化，动态调整峰值时间的持续时间。弧压的升高通常意味着熔滴已接近焊丝端部，即将过渡；弧压的降低则表明熔滴正在形成。利用这一特征，可以实现对峰值时间的精确控制。
3. 基值时间的自适应调整：基值时间作为峰值时间之外的剩余时间，其长度由脉冲频率和峰值时间共同决定。当峰值时间根据弧压反馈进行调整时，基值时间自然随之变化，从而保证了脉冲周期的完整性。

与钢管管件焊接工程的结合

钢管环焊缝焊接中的应用

在大口径无缝钢管的环焊缝焊接中，脉冲MIG焊因其低热输入、低飞溅、焊缝成形美观等优势而被广泛采用。然而，环焊缝焊接的特殊性在于：

• 位置变化：环焊缝焊接过程中，焊接位置从平焊逐步过渡到立焊、横焊乃至全位置焊接，重力对熔滴过渡的影响不断变化。
• 管径效应：大口径钢管的环焊缝焊接中，焊丝的摆动幅度较大，不同位置的熔滴过渡条件差异显著。
• 热积累：环焊缝焊接是一个连续过程，热积累效应会导致熔池温度升高，影响熔滴过渡行为。

本文提出的控制方式，通过送丝速度预置和弧压反馈调节，能够在一定程度上适应上述变化，保证熔滴过渡的一致性。

管件成型焊接中的应用

在弯头、三通、异径管等管件的成型焊接中，焊缝往往具有复杂的几何形状和变化的焊接位置。例如：

• 弯头纵焊缝：弯头成型后，纵焊缝的焊接位置随曲率变化而变化，熔滴过渡条件随之改变。
• 三通支管焊缝：三通支管与主管的交汇处，焊缝的几何形状复杂，热输入分布不均匀。

在这些工况下，脉冲MIG焊的熔滴过渡控制尤为关键。本文提出的控制思想，为这些复杂工况下的焊接质量控制提供了理论基础。

工程实践中的关键思考

控制参数的优化

在实际工程中，脉冲MIG焊的参数优化需要综合考虑以下因素：

常见缺陷与对策

在钢管管件焊接中，熔滴过渡不良导致的常见缺陷包括：

1. 飞溅过大：熔滴过渡不同步，部分熔滴在过渡过程中被电弧吹散。对策：优化峰值电流和时间，确保电磁收缩力与熔滴形成周期匹配。
2. 焊缝成形不良：熔滴体积波动导致焊缝宽度和余高不均。对策：严格控制送丝速度预置精度，减小干伸长波动。
3. 气孔：熔滴过渡不良导致保护气体被扰动，空气卷入熔池。对策：提高熔滴过渡稳定性，减少飞溅对保护气流的干扰。
4. 未熔合：基值电流过低或基值时间过长，导致层间熔合不足。对策：适当提高基值电流或缩短基值时间。

技术发展的启示

本文发表于1992年，在当时脉冲MIG焊技术尚处于发展初期的背景下，其提出的控制思想具有重要的开创性意义。回顾过去三十余年的技术发展，脉冲MIG焊的控制方式已经从简单的电流时间控制发展到基于多传感器反馈的自适应控制，包括：

• 电弧电压反馈控制：利用电弧电压的实时变化调整脉冲参数。
• 送丝速度反馈控制：通过送丝电机的电流反馈调整送丝速度。
• 熔池视觉监控：利用CCD相机或红外传感器监控熔池状态。
• 声发射信号分析：利用焊接电弧声信号判断熔滴过渡状态。

这些技术的发展，均建立在本文提出的"一个脉冲一个熔滴"基本思想之上。

学习心得与启示

本文虽然篇幅不长，但其技术思想的深度和工程价值值得深思。在钢管与管件焊接制造中，我们常常面临复杂多变的焊接工况，而熔滴过渡的稳定性始终是保证焊接质量的基础。本文提出的控制方式，其核心在于将复杂的熔滴过渡过程简化为可控制的参数组合，通过送丝速度预置和弧压反馈调节，实现了对熔滴过渡的精确控制。

这一思想对我的启示在于：在工程实践中，面对复杂问题时，首先应当找到问题的本质，然后将其简化为可操作的参数控制。这种"化繁为简"的工程思维，不仅适用于焊接技术，也适用于其他工程领域。

此外，本文的研究方法也值得学习。作者通过系统的试验研究，验证了控制方式的有效性，并通过对比试验展示了不同工况下的焊接效果。这种严谨的试验研究方法，是工程技术人员应当具备的基本素养。

在当前的智能制造和自动化焊接背景下，脉冲MIG焊的控制技术仍在不断发展。从手工参数设定到自适应控制，从单一参数调节到多参数协同优化，其发展方向始终围绕着"提高熔滴过渡的稳定性"这一核心目标。本文提出的控制思想，作为这一技术发展的起点，具有重要的历史价值和现实意义。

对于从事钢管与管件焊接制造的技术人员而言，深入理解脉冲MIG焊的熔滴过渡机理，掌握其控制方法，是提高焊接质量、降低焊接缺陷率、提升生产效率的关键。本文的研究成果，为我们提供了坚实的理论基础和实践指导。