0 前言
由于GMAW具有低成本、高效率、易于自动化等优点，已经成为金属结构制造中最广泛应用的连接工艺。尽管目前对GMAW已有相当深入的研究，但是GMAW的引弧及其控制仍是一个薄弱环节。这一点在应用中也暴露出越来越多的问题，例如，众所周知，射流过渡模式GMAW的焊接飞溅近乎为零，因此为制造业所广泛采用，然而在焊接应用中，一个令人疑惑和困扰的问题是：即使采用射流过渡，实际焊接飞溅量仍然比较大。分析结果发现：这些问题都是发生在短焊缝焊接应用中，如汽车制造及类似产品和大型金属结构装配中的大量点固焊缝。因弧过程中的焊接飞溅一直是制造业中备受关注的问题，此外，不稳定的引弧过程也导致焊接缺陷率上升。进一步的研究发现，射流过渡模式下GMAW的焊接飞溅主要产生于引弧初期。因为目前工业应用的GMAW焊机，尽管可以实现稳定的射流过渡，但由焊接引弧到达到稳定的射流过渡还需要一定的过渡时间，少则数百毫秒，多则数秒。对于焊缝的焊接时间较长的应用来说可以略不计，但是对于类似汽车车身及零部件的焊接或舰船焊接的定位焊焊缝等大量短焊缝，其焊接时间一般都在5秒以内，这样一来，引弧过程在整个焊接过程中所占比例很大，对整个焊接过程的影响变得格外突出。 因此研究引弧过程熔滴过渡的特点，改善GMAW引弧过程，已经成为GMAW研究中新的热点问题。尽管目前国际上，无论是学术界还是工业界都对此进行了许多相关研究[1][2]，但有关引弧过程机理及控制方面的研究报道还是较少。本文从熔滴过渡的角度，采用高速摄像及同步数据采集技术，分析了影响引弧过程的因素，并提出一种改善GMAW引弧过程的新方法。
1 GMW引弧过程中的不稳定熔滴过渡现象
由GMAW的基本原理可知，射流过渡时的焊接电流应是平滑稳定的，而图1所示的电流波形在引弧初期是非常不稳定的短路过渡形态，这说明在GMAW引弧起始到稳定的射流过渡之间需要一定的时间，称为焊接引弧不稳定时间。
图1 常规GMAW引弧期间的电流、电压波形
图1中纵坐标为电流/电压，横坐标为时间。焊接实验条件：1.0mm低炭钢焊丝，10%Ar+90%CO2，焊接电压30V，送丝速度14M/S，焊丝干伸长16mm。 对图1的起始阶段作局部放大，并配合同步的高速摄像图像，如图2所示。图2中高速摄像的速度是1000幅/秒，图中每幅图像上的数字为图像采集时刻，单位是ms。由于图像与波形式是同步采集的，因此可以确定每幅图像所对应的焊接参数。可见在引弧初期阶段是不规则的短短路过渡，并伴有焊丝得成段爆断，所以必然产生较高的焊接飞溅率，而且会导致焊接缺陷发生。
