磁控细丝埋弧焊熔滴过渡对焊缝跟踪信号的影响

陈宇 李伟鹏 洪波

【摘 要】针对细丝埋弧焊熔滴过渡过程埋在焊剂下不易观测，过渡信号干扰磁控传感器焊缝跟踪信号的问题，用电流波形反映熔滴过渡特性，对不同励磁频率焊缝跟踪信号进行了频谱分析，并用Matlab将理想焊缝跟踪信号与熔滴过渡信号叠加后进行了仿真验证，最后用小波滤波方法滤除埋弧焊熔滴过渡信号。结果证明：熔滴过渡信号滤除后的细丝埋弧焊焊缝跟踪精度提高，为进一步研究埋弧焊熔滴过渡及实现埋弧焊焊缝跟踪稳定控制奠定了基础。

【Abstract】 In view of the problems that the material transfer process of filament submerge arc welding is not easy to observe and the transition signal interference weld seam tracking signal of magnetic control sensor， we use the current waveform to reflect material transfer features， and carry out the frequency analysis of the weld seam tracking signals with different excitation frequencies. The ideal weld seam tracking signal and the material transfer signal are superimposed by MATLAB and verified by simulation. Finally， the material transfer signal of submerge arc welding is filtered by wavelet filtering method. The results show that the weld seam tracking accuracy of filamentary submerge arc welding is improved after filtering the material transfer signal， which lays a foundation for the further research on the material transfer in submerge arc welding and the realization of the stability control of the weld seam tracking of submerge arc welding.

【关键词】细丝埋弧焊；磁控传感器；熔滴过渡信号；焊缝跟踪；小波滤波

【Keywords】 filament submerge arc welding； magnetic control sensor； material transfer signal； weld seam tracking； wavelet filter

【中图分类号】TG409 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）09-0181-02

1 外加磁场对埋弧焊熔滴过渡的影响

不加磁场时，熔滴脱离焊丝之前的受力是一个动态平衡。[1]焊丝端部的金属熔滴主要受到表面张力、重力、电磁收缩力、斑点压力、等离子流力的作用。平焊时，重力是促使熔滴脱离焊丝末端的作用力，表面张力是焊丝端头保持熔滴的主要作用力，焊丝与熔滴间的表面张力垂直作用于焊丝末端与熔滴相交的圆周线上，且与熔滴表面相切[2-3]。

2 埋弧焊熔滴过渡对跟踪信号的影响

2.1 磁控细丝埋弧焊焊缝跟踪传感器系统

磁控电弧传感器由两个主要部件组成：励磁电源和励磁线圈，每一部件具有各自独立的结构。励磁电源用以产生可调频率的电压，与电源相连的励磁线圈产生与电压同频率的磁场，图1为磁控电弧埋弧焊自动跟踪系统。

2.2 熔滴過渡对磁控细丝埋弧焊焊缝跟踪信号波形的影响

通过自行设计的磁控焊缝跟踪传感器对细丝埋弧焊施加外部磁场，采用霍尔电流传感器获取焊接电流信号，DSO29数字示波器采集焊缝跟踪信号滤波降噪前后波形，记录无外加磁场、不同励磁频率及不同励磁电流的熔滴过渡电流信号。

图2中上方波形是励磁电流为1.0A，励磁频率分别为2Hz、3Hz、4Hz时的焊缝跟踪信号波形。图3是左边对应的焊缝跟踪信号波形的频谱分析图，发现不同频率的跟踪信号中都有稳定的干扰信号。图2中下方波形是理想跟踪信号波形与其同步的熔滴过渡信号叠加仿真图，发现实际跟踪波形与仿真波形十分吻合。

3 熔滴过渡信号的滤除

小波滤波能够在去除噪声的同时，很好地保留信号的突变部分，时效性比较好。用4Hz的焊缝跟踪信号进行小波滤波，图4（a）中粗线是小波滤波后的效果图，与滤波前相比，有效的滤除了叠加熔滴过渡信号引起的突变影响，跟踪信号更加圆滑。

4 结论

①用焊接电流的变化体现埋弧焊熔滴过渡频率，稳定焊接时细丝埋弧焊的熔滴过渡频率为8.5Hz左右。

②磁控传感器产生的横向磁场能提高埋弧焊的熔滴过渡频率，且随励磁电流的增加过渡频率显著提高，熔滴过渡成为干扰信号叠加在跟踪信号里，降低了焊缝跟踪精度。

③熔滴过渡信号滤除后细丝埋弧焊焊缝跟踪精度有所提高，焊缝成形相对更为美观。

【参考文献】

【1】王宝， 焊接. 焊接电弧物理与焊条工艺性设计 [M]. 北京：机械工业出版社， 1998.

【2】常云龙， 李多， 李大用，等. 纵向磁场作用下 MIG 焊熔滴过渡过程的分析[J].焊接学报， 2009， 30（3）： 21-4.

【3】RHEE S， KANNATEY-ASIBU E. Observation of metal transfer during gas metal arc welding [J]. WELDING JOURNAL-NEW YORK-， 1992（71）：381.