李宜炤　陳克選　陳彥強　杜茵茵

摘要：LabVIEW具有編程語言圖形化、開發(fā)周期短和難度低的特點。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下，結(jié)合NI公司的數(shù)據(jù)采集卡搭建了雙脈沖MIG焊系統(tǒng)，能夠采集電流、電壓和控制輸出，并實時顯示雙脈沖波形。設計了多組雙脈沖實驗，驗證了雙脈沖MIG焊焊接系統(tǒng)可行性。實驗結(jié)果證明，基于LabVIEW的雙脈沖MIG焊系統(tǒng)可以實現(xiàn)焊接要求，焊接過程良好，能形成良好的魚鱗紋焊縫。

關(guān)鍵詞：LabVIWE;雙脈沖MIG焊;工藝參數(shù)

中圖分類號：TG444+.72 文獻標志碼：A 文章編號：1001-2303（2020）03-0032-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.03.06

0 前言

焊接生產(chǎn)對高效焊接質(zhì)量的要求越來越高。雙脈沖MIG焊是最近發(fā)展起來的一種新工藝，它能夠形成良好的魚鱗紋焊縫、有效減少焊接熱輸入[1]。LabVIEW是具有代表性的虛擬儀器，它通過圖形化的編程語言，在數(shù)據(jù)采集處理和控制方面得到廣泛應用[2]。雙脈沖MIG焊機一般設計復雜，對電子元件要求較高。本文通過LabVIEW編程使數(shù)據(jù)采集卡輸出模擬電壓信號給焊機，控制并進行實際焊接，減少開發(fā)周期，降低制造成本，使操作更簡單，并且對焊接設備無特定要求，只需一個恒流的模擬焊接電源即可產(chǎn)生不同的焊接輸出波形，為實現(xiàn)數(shù)字化雙脈沖MIG焊機奠定基礎，為雙脈沖MIG焊機工藝參數(shù)選擇提供參考。

1 系統(tǒng)設計

本文采用數(shù)據(jù)采集卡+恒流焊接電源組成雙脈沖MIG焊系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要由PC機、霍爾傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和相關(guān)電路組成?；魻栯娏鱾鞲衅鳌⒒魻栯妷簜鞲衅鲗崟r檢測到的電焊機輸出電流和電壓轉(zhuǎn)變成電壓信號，傳送給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡負責對焊接實際過程的波形采集并通過LabVIEW軟件實時顯示。同時，PC機通過LabVIEW開發(fā)程序產(chǎn)生雙脈沖波形，控制焊接電源輸出[3-4]。基于LabVIEW的焊接系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 雙脈沖MIG焊波形實現(xiàn)

雙脈沖MIG焊是在脈沖MIG焊基礎上發(fā)展出的一種新型焊接方式。它在高頻脈沖基礎上進行低頻調(diào)制，產(chǎn)生能量不同、交替變化的強弱脈沖群[5]。利用LabVIEW軟件通過數(shù)據(jù)采集卡輸出大小不同的模擬電壓控制信號給焊機的模擬接口，從而產(chǎn)生雙脈沖波形。雙脈沖MIG焊波形示意如圖2所示，參數(shù)主要有：強脈沖峰值電流Ips和時間tps、強脈沖基值電流Ibs和時間tbs、弱脈沖峰值電流Ipw和時間tpw、弱脈沖基值電流Ibw和時間tbw。圖中m為單位強脈沖群中強脈沖的個數(shù)，n為單位弱脈沖群中弱脈沖個數(shù)，ts為單位周期內(nèi)強脈沖群出現(xiàn)的時間，tw為單位周期內(nèi)弱脈沖群出現(xiàn)的時間。

根據(jù)雙脈沖波形特點設計了雙脈沖波形控制操作面板如圖3所示，操作面板的電流峰值、基值均用輸入給焊機模擬接口的電壓值表示。在面板左側(cè)輸入各參數(shù)值后，在右側(cè)自動生成模擬的雙脈沖波形。面板給定電壓值和焊機的給定電流值存在一個比例關(guān)系，由焊機電路決定，本實驗中面板給定電壓：實際給定電流=1∶47。面板上顯示的頻率為波形A或B單位時間內(nèi)出現(xiàn)的頻率。Fs為每秒采樣率，#s為采樣數(shù)，即#s/Fs為在單位雙脈沖周期內(nèi)該脈沖群出現(xiàn)的時間。

3 雙脈沖MIG焊工藝實驗

LabVIEW通過數(shù)據(jù)采集卡輸出操作面板所示的波形給焊機，并實時顯示焊接過程中的波形。雙脈沖MIG焊為了避免出現(xiàn)因電流過大引起燒嘴現(xiàn)象或者電流過小出現(xiàn)頂絲現(xiàn)象[6]，各參數(shù)需要匹配來穩(wěn)定焊接過程。實驗條件如下：自行研制的基于LabVIEW的雙脈沖MIG焊系統(tǒng)、直徑1.0 mm的 ER70S-6碳鋼焊絲、板厚5 mm的Q235鋼板、純氬氣、干伸長12 mm、氣流量20 L/min、單道堆焊、等速送絲。固定參數(shù)為：LabVIEW輸出的模擬電壓強脈沖峰值3.4 V、基值0.47 V，弱脈沖峰值為2.34 V、基值為0.47 V。

3.1 雙脈沖MIG焊強脈沖占空比和焊接速度對焊接過程和焊縫成形影響

保持弱脈沖占空比60%不變，強、弱脈沖高頻頻率均為40 Hz，單位雙脈沖周期內(nèi)強、弱脈沖群的時間均為0.5 s，改變強脈沖占空比和焊接速度進行實驗。3組比較實驗結(jié)果如表1所示。

實驗1～3電壓、電流波形及焊縫成形分別如圖4～圖6所示。由圖可知，實驗2焊縫均勻美觀，成形好于實驗1和實驗3;實驗3焊接過程中弧長變化不穩(wěn)定，聲音不及實驗2柔和，偶有飛濺;實驗1的焊縫成形最差，焊縫不均勻。因此，強脈沖峰值占空比和焊接速度在一定范圍內(nèi)直接影響了焊縫的熔寬和余高，從而影響焊縫的成形效果。強脈沖占空比越大，焊接速度越慢，焊縫熔寬越大，余高越高。

3.2 雙脈沖高頻頻率對焊接過程和焊縫成形的影響

保持焊接速度12.1 cm/min，強脈沖占空比為40%，弱脈沖占空比為60%，單位雙脈沖周期內(nèi)強、弱脈沖群時間均為0.5 s的情況下，改變強、弱高頻脈沖頻率進行實驗。3組比較實驗結(jié)果如表2所示。

實驗1、4、5電壓、電流波形及焊縫成形分別如圖4、圖7、圖8所示。實驗4在焊接過程中聲音柔和穩(wěn)定，幾乎無飛濺，成形良好;實驗5在焊接中聲音變化劇烈，飛濺較多，魚鱗紋密集，焊接成形一般;實驗1焊接過程中電弧亮度變化劇烈，聲音頻率較大，焊縫成形一般?？梢钥闯觯p脈沖高頻時脈沖電流輸出能量、高頻頻率對電弧穩(wěn)定和焊接飛濺有較大影響。

3.3 雙脈沖低頻頻率對焊接過程和焊縫成形的影響

保持焊接速度為12.1 cm/min，強脈沖占空比為40%，弱脈沖占空比為60%，強、弱脈沖高頻頻率為40 Hz的條件下，改變單位脈沖周期內(nèi)強、弱脈沖群出現(xiàn)的時間即低頻頻率進行焊接實驗。3組比較實驗結(jié)果如表3所示。

實驗6～8電壓電流波形及焊縫成形分別如圖9～圖11所示?？梢钥闯觯瑢嶒?焊接過程穩(wěn)定，電弧聲音柔和，幾乎無飛濺，魚鱗紋密集并且清晰明顯，焊縫寬度穩(wěn)定;在實驗7和實驗8焊接過程中，弧長變化不穩(wěn)定，聲音雜亂并伴有少量飛濺，魚鱗紋疏松不夠緊密。在一定的焊接參數(shù)下，適當增加低頻頻率，魚鱗紋紋寬減小、更加密集，成形效果更加理想。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)雙脈沖MIG焊原理及特點，在LabVIEW+恒流電源基礎上開發(fā)了一套基于LabVIEW的雙脈沖MIG焊系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作面板參數(shù)眾多，調(diào)節(jié)范圍廣，能夠滿足雙脈沖MIG焊的需求。

（2）在不同焊接參數(shù)下開展了一系列工藝實驗，并通過焊接過程中的電壓電流波形和焊縫成形可知，焊接過程基本穩(wěn)定，說明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙脈沖MIG焊。

（3）雙脈沖MIG焊高頻時熔化焊絲產(chǎn)生熔滴并過渡，低頻對熔池進行攪拌，減少了焊接飛濺和氣孔發(fā)生。雙脈沖MIG焊需要合理匹配各參數(shù)才能形成較好的魚鱗紋焊縫。

參考文獻：

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[6] 熊丹楓，林放，陳小峰，等. 雙脈沖MIG焊鋁工藝參數(shù)設計及試驗[J]. 電焊機，2010，40（09）：17-21.