隨著逆變技術(shù)以及現(xiàn)代數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，使得超短弧電壓噴射過渡焊接的應(yīng)用成為可能。新型的焊機有足夠快的調(diào)節(jié)速度，在短路斷開后達(dá)到正常電弧電壓前，控制住焊接電流的過高增長，同時也控制住單位時間內(nèi)焊機的輸出能量。

概述

氣保焊中的噴射過渡在實際焊接操作中應(yīng)用廣泛。噴射過渡一般出現(xiàn)在使用較大的焊接電流和采用惰性氣體或高含氬混和氣體時的情況下。20世紀(jì)80年代末，德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 1910-4對噴射過渡做了如下定義，“在噴射過渡中焊絲熔滴是以微細(xì)顆粒的方式過渡到焊縫中，熔滴過渡中不會出現(xiàn)短路。”噴射過渡時電弧的電壓較高，也就是說電弧較長（如圖1所示）。此時電弧穩(wěn)定性降低，電弧受磁偏吹的影響易發(fā)生偏移，容易出現(xiàn)焊縫咬邊和氣孔的生成，另外對合金的燒損也比較嚴(yán)重。這時，對噴射過渡的實際應(yīng)用產(chǎn)生了不利的影響。

圖1 超短弧電壓噴射焊接

熔化極氣保焊先驅(qū)之一——Hans-Ulrich Pomaska 曾提出過“能量集中的短弧噴射過渡”方法。此種方法是將噴射過渡的電弧電壓少許降低，結(jié)果是在焊接過程中不可能完全避免短路。如果短路持續(xù)時間很短，盡管會出現(xiàn)電壓陡降，但電流卻來不及大幅度上升。在這種狀態(tài)下焊接也不會出現(xiàn)飛濺，只是有一些小小的噴濺。焊接中聽到的聲音是輕微的噼啪聲，而不是紊亂的嘈雜聲，這種電弧很快被應(yīng)用到實際工作中。德國標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的噴射過渡的定義也改為，“熔滴過渡是以細(xì)微顆粒方式進行，熔滴過渡中幾乎不出現(xiàn)短路。”

如果進一步降低噴射過渡的電弧電壓，會使熔滴短路的時間延長，造成嚴(yán)重的飛濺。盡管在理論上希望電壓降低，但在實際中卻迄今都難以運用。隨著逆變技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代化的數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，使得超短弧電壓噴射過渡焊接的應(yīng)用成為可能。新型的焊機有足夠快的調(diào)節(jié)速度，在短路斷開后達(dá)到正常電弧電壓前，控制住焊接電流的過高增長，同時也控制住單位時間內(nèi)焊機的輸出能量。這樣可以大幅度減少短路過渡時產(chǎn)生的飛濺，使超短弧電壓噴射過渡能夠成功地應(yīng)用于實際操作中。這一新型的焊接電弧形式，我們稱之為“EWM forceArc-超威弧”。

圖2 高速攝像機拍攝的靜態(tài)圖片

“強制電流”

與短噴射弧焊相比，“超威弧”焊接技術(shù)通過不斷降低弧壓來減少弧長。從高速攝像機所拍攝的一張靜態(tài)圖片中（如圖2所示）可以看出，電弧在等離子壓力下形成熔池，熔滴尺寸均勻，而且形成速度很快。對于此類型熔滴，它們不可避免的會偶爾粘結(jié)在一起形成熔滴鏈再接觸到熔池，這就提供了一個短路條件，在整個過程中如果沒有控制系統(tǒng)的干預(yù)，在重新起弧時將會形成較大的飛濺。這種相對較長的短路狀態(tài)下電流和電壓的變化情況，我們可以用短弧焊中短路過渡方式的一個周期來解釋，這是一個非常典型的過程。當(dāng)熔滴和熔池接觸時，電壓首先降低（如圖3所示），因為這時的電弧電阻和先前比起來相對較小，電流在電壓降低之后才會上升到短路電流。“強制”噴射電弧焊中，程序通過控制來阻止能量（電流×電壓×?xí)r間）劇增，所以在焊接過程中可以很快越過飛濺最容易產(chǎn)生的區(qū)域，從而達(dá)到避免飛濺的目的。

圖3 短路時的電壓電流曲線圖

（a）短路、（b）和（c）熔滴轉(zhuǎn)移、（d）重新起弧

如果使用的是傳統(tǒng)的焊接電源，不可能讓焊接電流在短時間內(nèi)下降，這是因為在一般的電源中，由于變壓器和電抗器感抗的存在，不允許電流有這么快的變化速度。而在逆變技術(shù)中，我們是通過電子控制的方式控制電感量。例如，在短路過渡中，電抗器可以被完全關(guān)閉，這意味著惟一的電抗存在于電纜引線之間，也就是在短路狀態(tài)和重起弧過程中電流的上升和下降可被快速調(diào)節(jié)。這樣就可以完全阻止飛濺的產(chǎn)生。要精確地控制電流上升和下降的時間，對電源的電壓反饋回路要有更高的要求：硬件電路必須能夠在短暫的時間內(nèi)采集到電壓的改變，并反饋給控制回路。“EWM 超威弧”焊接過程中出現(xiàn)短暫短路時，電壓和電流并沒有出現(xiàn)大的波動，這就阻止了飛濺的產(chǎn)生。具有這種快速反應(yīng)的焊機的另一個優(yōu)點是：在焊接時可以允許焊絲伸出焊槍較長。有些焊接部位焊槍不易達(dá)到，用“EWM 超威弧”焊接卻能對這些部位進行焊接。增強的熔化穿透特性顯著提高了成型效果，使根部成型更緊密、更狹窄。圖4顯示的是強力超威弧焊（左）和常規(guī)短弧焊（右）焊接“T”型接頭的效果對比圖。使用“EWM 超威弧”焊接，焊縫寬度較窄，熔深增加。

圖4 橫截面比較 “T”型接頭

（左圖:強力超威弧焊；右圖：常規(guī)短弧噴射過渡焊）

forceArc-超威弧的特點

新式電弧工作在噴射過渡區(qū)。其焊接電流范圍在常規(guī)的噴射過渡電弧或長弧電弧的電流范圍，與常規(guī)噴射弧相比，新式電弧焊具有以下優(yōu)點：強大的等離子電弧推力造就了高熔深；手工作業(yè)時可輕松保持電弧的方向穩(wěn)定；短弧焊接避免產(chǎn)生焊縫咬邊；高效的焊接速度使工作事半功倍；高品質(zhì)的焊縫歸功于窄而小的熱影響區(qū)；焊接能量小使得工件變形減少。

forceArc-超威弧的焊接電源

毫無疑問，一種新式的電弧必須聯(lián)合一個現(xiàn)代化的焊機才能相得益彰。只有得到逆變電源和數(shù)字化記錄管理系統(tǒng)的支持，焊機才能對用戶的操作指令具有很高的響應(yīng)性。實現(xiàn)超威弧焊接對焊接電源有更高的要求，只有在逆變電源中采用先進靈敏的數(shù)字化控制系統(tǒng)才能保證超威弧優(yōu)秀的焊接效果。圖5為EWM公司的最新研究力作——“EWM-forceArc”焊機，該機器除了能進行超威弧焊外，還可用于MIG/MAG常規(guī)焊、MIG/MAG脈沖焊、手弧焊和TIG焊。

圖5 PHOENIX 500 EXPERTPULS forceArc 焊機

forceArc-超威弧焊接的應(yīng)用領(lǐng)域

超威弧焊接技術(shù)尤其適用于機械工程、設(shè)備工程、鋼結(jié)構(gòu)、造船業(yè)、容器、高壓容器、設(shè)備建造以及海上作業(yè)。適用的焊接材料為碳鋼、合金鋼、鋁及鋁合金。焊材厚度一般在5mm以上。適用焊絲的直徑為1.0mm和1.2mm（碳鋼、不銹鋼）以及1.2mm和1.6mm（鋁和鋁合金）。保護氣根據(jù)被焊材料可用純氬或高含氬的混和氣體。

(源自：中國數(shù)控機床網(wǎng))