摘要：直流且焊丝为正极性的脉冲MIG焊，电弧稳定，焊缝熔深大，焊接薄板时，为了防止烧穿及熔池下塌，容易产生咬边等焊接缺陷。直流且焊丝为负极性的MIG焊，电弧沿焊丝上爬，电弧不稳定，熔滴不易过渡，焊接熔池浅，容易出现融合不良、凸焊道等焊接缺陷。变极性脉冲MIG焊，焊丝为正极性时控制焊丝熔化及熔滴过渡，焊丝为负极性时电弧沿焊丝上爬促进焊丝熔化及减小电弧对熔池的加热作用，减小焊缝熔深形成浅熔深的特性，焊接薄板具有独特优势，是MIG焊的最新研究进展。
关键词：变极性；MIG；电弧；控制
中图分类号：TG434.5文献标识码：A
电弧焊有交流电弧焊和直流电弧焊。焊条手工电弧焊有交流电弧焊和直流电弧焊，TIG焊有交流TIG焊和直流TIG焊。至于MIG焊，目前焊接工程中主要应用直流且焊丝为正极性的MIG焊（DCEPMIG）、直流且焊丝为正极性的脉冲MIG焊（DCEPPMIG），直流且焊丝为负极性的MIG焊（DCENMIG）在焊接工程中基本没有应用的，交流MIG焊（ACMIG）或变极性脉冲MIG焊（VPPMIG）目前还处于研究发展阶段，同样在焊接工程中没有应用的。变极性脉冲MIG焊由交替切换DCEPPMIG焊及DCENMIG焊构成，本文围绕DCEPPMIG焊、DCENMIG焊、VPPMIG焊进行讨论。
1DCEPPMIG焊接工艺
在DCEPMIG焊接工艺的基础上，研究成功DCEPPMIG焊，标志着MIG焊接工艺的技术进步，拓宽了MIG焊的应用领域。DCEPPMIG焊以周期性变化的脉冲电流进行焊接，在较小的平均电流的条件下，达到控制焊丝熔化、熔滴过渡、热输入量及焊缝成形的目的，满足高质量焊接要求。铝合金焊接时通常是喷射过渡，钢焊丝焊接时通常是射流过渡。
不论什么样的焊接电流波形模式，都有类似的熔滴过渡形式。DCEPPMIG焊的关键焊接参数是脉冲峰值电流Ip一定要大于在此条件下的射滴过渡临界电流Ic。为了在较小的焊接电流的条件下实现可控的射滴过渡，几个电流值需要满足如下关系：脉冲峰值电流Ip>射滴过渡临界电流Ic>平均焊接电流Iav>基值电流Ib。根据脉冲电流及脉冲时间的大小，熔滴可以在脉冲时间过渡，也可以在脉冲之后的基值时间过渡。
DCEPPMIG焊用可控射滴过渡维持小电流焊接时的焊接过程稳定性，控制对母材的热输入量，满足全位置焊及高强度材料的焊接要求。脉冲焊的工艺参数很多，选择不同的工艺参数，它的熔滴过渡将出现不同的特点。连续电流焊时，气体介质、焊丝直径、干伸长等焊接条件一定时，射滴过渡的临界电流值Ic是固定的数值。脉冲焊时，在焊丝材质、焊丝直径、保护气体介质、干伸长等因素一定时，脉冲临界电流值也不是一个固定的数值，脉冲临界电流值还要受到脉冲电流波形、脉冲电流频率的影响。用不同的脉冲电流频率或不同的脉冲电流幅值，可以实现一个脉冲多滴、一个脉冲一滴、多个脉冲一滴等熔滴过渡形式。
DCEPPMIG焊，合适的脉冲电流及脉冲时间，将形成一脉一滴的理想的熔滴过渡形式。在基值电流期间电弧较暗。在基值电流期间，由于基值电流较小，只有少量焊丝熔化，熔化金属集聚在焊丝端头。进入脉冲电流阶段以后，烁亮区逐渐形成，先是束状，而后逐渐扩展为锥状。阳极斑点区扩大并上爬，阳极斑点覆盖了熔滴的大部分或全部的表面。由于电弧形态的变化，形成很强的等离子流力，焊丝端头的液体金属在等离子流力及电磁力的作用下，在脉冲电流结束之前已经形成缩颈。熔滴大多在脉冲电流结束后基值电流的初期脱落，也有时在脉冲电流的后期脱落。熔滴过渡后焊丝端头很快收缩成半球状。熔滴脱离焊丝端时加速度较小，在电弧空间向熔池的运动速度较慢，熔滴沿焊丝的轴线方向运动。每一个脉冲都出现熔滴过渡，焊接过程稳定，无飞溅。
DCEPPMIG焊的焊缝成形的特点是熔深大，焊缝比较宽，焊缝显得比较平坦，焊缝余高比较小。DCEPPMIG焊接时，对焊接工件有阴极雾化效果，这种焊接工艺可以焊接铝合金。
DCEPPMIG焊接薄板时，为了防止烧穿及熔池下塌，需要减小焊接电流，也就是需要减小焊丝的送丝速度，这样给予熔池的熔敷金属量就不足，容易产生咬边等焊接缺陷。相反，为了加大熔敷金属量，就需要加大送丝速度，这样就需要加大焊接电流，容易产生烧穿及熔池下塌焊接缺陷。
2DCENMIG焊接工艺
关于DCEN（直流且焊丝为负）MIG焊接工艺及其控制的问题，有研究文献报道。
DCENMIG焊时，焊丝是阴极，电弧阴极斑点沿焊丝端上爬，随着焊接电流增加，电弧的阴极斑点区域扩大，电弧包围焊丝端的长度增加。DCENMIG焊电弧上爬的特点与DCEP极性时有些不同，这时电弧的扩展不是围绕着熔滴对称地向上爬，而是沿熔滴的四周或左或右地变动着，并逐渐扩展上爬的区域。
DCENMIG焊的电弧沿焊丝端上爬比DCEPMIG焊的电弧上爬高。在稳定的焊接状态下，DCENMIG焊的熔滴体积比DCEPMIG焊的熔滴体积大。DCENMIG焊的焊丝熔化速度大约是DCEPMIG焊的焊丝熔化速度的1.5倍。DCENMIG焊的熔池浅，焊缝熔深浅。由于DCENMIG焊的电弧呈束状，其焊缝窄。又由于DCENMIG焊的焊丝熔化速度快，所以焊缝余高大。
DCENMIG焊的电弧较散，电弧沿焊丝端上爬较高，电弧中心的烁亮区呈束状，在焊丝端总能看到一个熔化了的金属球。阳极母材上的阳极斑点相对固定。
DCENMIG焊容易出现的焊接缺陷是，焊接熔池浅，容易出现融合不良、凸焊道等焊接缺陷。
由于DCENMIG焊接过程稳定性不好，焊接工程中一般不用这种焊接工艺。
3VPPMIG焊接工艺
过去对如何应用DCEPPMIG焊的电弧特性、DCENMIG、交流MIG焊的电弧特性的认识不足，认为DCENMIG电弧稳定性不好，没有实用价值。交流MIG电弧可以克服直流电弧的磁偏吹。随着电力电子变流技术及控制技术的发展，提出研究变极性脉冲MIG焊接工艺。这种新型焊接工艺，在综合DCEPPMIG、DCENMIG、交流MIG电弧特性的基础上，提出控制方案。发展这种焊接工艺的主要目的是有效控制焊缝熔深，控制形成浅焊缝熔深，稳定焊接质量，提高焊接效率。
研究的变极性脉冲MIG焊，由DCEP极性时间及DCEN极性时间构成。控制熔滴在DCEP极性半波时间内过渡，以脉冲电流控制熔滴过渡。DCEN极性的主要作用是降低电弧输入熔池的热量及降低电弧对熔池的压力，并且提高焊丝的熔化速度，提高熔敷速度，DCEN极性时间占周期时间的比例增加，上述的DCEN极性时间内的作用增强。这样控制变极性脉冲MIG焊，获得了稳定的焊接电弧及熔滴过渡过渡过程。
4VPPMIG焊的焊缝成形
用自主研制的VPPMIG焊接设备进行焊接试验，主要研究VPPMIG焊接参数EN比率（在一个变极性脉冲周期中，EN电流占周期电流的比率）对焊缝成形的影响情况。在焊接工件板厚、焊接速度、送丝速度等其它条件一定的条件下。焊缝成形表明，在焊接工件板厚、焊接速度、送丝速度等其它条件一定的条件下，DCEPPMIG焊的焊缝熔深比VPPMIG焊的焊缝熔深大，VPPMIG焊随EN比率增加，焊缝熔深减小。
VPPMIG焊的焊缝成形特性表明，这种焊接工艺控制焊缝熔深的参数除焊接电流外还有EN比率。在焊接工程中，根据焊接工件的厚度，选择合适的焊接电流及EN比率，可以控制形成合适的焊缝熔深，尤其是焊接薄板时形成浅焊缝熔深，保证不出现熔池下塌现象，满足焊接工程质量要求。
参考文献
潘际銮.现代弧焊控制.北京：机械工业出版社，2000.6.
殷树言，张九海编.气体保护焊工艺.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.7.