随着工业的快速发展，薄板铝合金制件应用日益广泛，如航空航天、高速列车、地铁车辆、汽车、石化和船舶工业等。铝合金结构常常采用TIG焊，但因其效率太低，已被近几年出现的交流脉冲MIG焊（简称ACP MIG焊）所取代。

1.ACPMIG焊原理

众所周知，脉冲MIG焊可以在几十安的小电流情况下进行稳定的焊接。但是在焊接1mm以下的薄板时，尤其是在焊接搭接角焊缝时，要求在装配问隙较大的情况下，具备良好的搭桥性能。这时传统的DCP MIG焊（直流脉冲MIG焊）和DCLPMIG（直流低频脉冲MIG焊）是不能适应这一要求的。有人提出一种ACP MIG焊（交流脉冲MIG焊，也称VPPAMIG焊）法，如图7-66所示。

图7-66 各种焊接方法焊接铝合金时搭接间隙与焊件厚度的适用范围

从图7-66中可以看到ACP MIG焊法可以焊接更薄的铝焊件，同时在相同的焊件厚度时，该法允许更大的搭接接头问隙。从焊接薄件来看，它的适用性仅次于TIG焊，但却比传统MIG焊的方法好。

DCP MIG焊法的电流波形如图7-67a所示，将基值电流的一部分时问t_b从EP极性翻转成EN极性的时问t_en，这时该电流就由直流正极性（DCEP）转变为交流脉冲波形，如图7-67b所示。这里提出了一个重要参数EN比率。

EN（％）＝t_en/（t_en+t₁+t₂）x100％ （7-5）

式中t_en——EN极性所占的时问（ms）；

t₁——EP极性的脉冲时问（ms）；

t₂——EP极性的基值时问（ms）。

图7-67 DCp mIG与ACp mIG焊的电流波形比较

a）DCP MIG b）ACP MIG

EP的脉冲电流与DCPMIG焊相同，也是为了保证一个脉冲过渡一个熔滴的单元脉冲。在基值时问将发生两次过零，先发生EP向EN转变，后发生EN向EP转变。这种电流波形的作用是在EP期问生成一个熔滴，并在脉冲后沿或基值期问过渡一个熔滴，这与DCPMIG焊一样，是很稳定的。另外，EN比率是可调的。随着极性的变化，电弧形态、焊丝加热、熔滴过渡及熔池行为都将发生变化，如图7-68所示。

铝合金DCE PMIG焊时焊丝接正、工件接负。这时，一方面电弧对母材有阴极清理作用，另一方面电弧加热焊丝，并过渡熔滴。在电流较大时，电弧形态为钟罩形和喷射过渡。从焊丝向熔池方向有较大的等离子流力和较细熔滴的冲击力。这样一来，不仅把大量的热量带到熔池中，而且还向熔池施加了较大的挖掘力。因而产生了较大的熔深，且有指状熔深的特征，如图7-68a所示。

图7-68b为铝合金DCEN MIG焊的情况，电弧基本上成束状，熔滴较大。铝焊丝为阴极，由于阴极斑点将自动寻找氧化膜，当焊丝端部的氧化膜被击碎之后，阴极斑点将再寻找新的氧化膜，则电弧的阴极斑点必将沿焊丝上爬，上爬高度最高能达到10～15mm。这样一来，焊丝为阴极时将从电弧获得更大的热量。一是由于焊丝作为冷阴极，阴极压降大，则产热高；二是由于焊丝端头被电弧所包覆，则电弧弧柱的高温直接向焊丝辐射，而获得更多的电弧热。总之，当焊丝接负时，焊丝的熔化速度更高，大约为EP极性时的1.5倍。相反，熔池为正极性，产热较少又没有去除氧化膜的功能，熔深很浅。

图7-68c为交流MIG焊，因电弧为交流供电，电流极性不断变化，所以又称为变极性MIG焊（VP MIG焊）。电弧形态和焊缝熔深等特性均介于DCEN和DCEP之问。但是随着EN比率的增加，将更趋向于DCEN的特点，如熔深变浅和提高了搭桥性能，有利于焊接薄铝板等。总之，可以根据铝合金板厚的不同，调整EN比率，取得合适的工艺性能。

图7-68 mIG焊不同极性的电弧形态、熔滴过渡及熔深示意图

a）DCEP极性 b）DCEN极性 c）AC变极性

2.ACPMIG焊工艺特性

（1）交流电流过零后的再引燃问题 交流电流过零时电弧将熄灭，这一现象在交流TIG焊时也同样发生，尤其在TIG焊EP时，铝焊件为负极，铝的熔点低，导热性又好，是典型的冷阴极。为了能再引弧，这时往往采用两种方法，一是电流过零后，施加较大的电压脉冲，一般需要200～300V才能可靠地再引燃电弧。另一种是在电流过零前，先施加电流脉冲，为的是提高电离度，当电流过零后，由于电弧空问的电离度仍较高，所以这时在较低的再引燃电压下就能再引燃电弧，如图7-69所示。(www.daowen.com)

对于一般正弦波交流电流，电流较小时，再引燃电压U_r为300V左右，而逆变式方波交流电源的再引燃电压U_r为100V左右，当电流较大时，U_r可降到50V以下。可见过零速度越快，电弧再引燃越容易。

图7-69 稳定电弧的最低再引燃电压与电流的关系曲线

1—正弦波交流 2—晶闸管式交流 3—逆变式方波交流

ACP MIG焊电弧特点是双冷阴极，焊件及焊丝两个电极都是铝合金。另外，该法在变换极性时，都发生在基值电流条件下。这样一来，增加了电弧再引燃的困难。不论是焊丝还是焊件为阴极时，都需要施加同步脉冲。这个脉冲电压的大小还与电压上升速度有关，当电压上升速度越快时，就可能在电弧空问保持较高的电离度时接受电压脉冲，所以越容易再引燃。例如，当稳弧脉冲电压上升率为84V/μs时，再引燃电压为328V以上；当电压上升率为97.7V/μs时，再引燃电压为293V以上；当电压上升更快，如117.6V/μs时，再引燃电压为80V以上。

（2）EN比率变化对焊缝成形的影响 EN比率变化对焊缝成形的影响如图7-70所示，而EN比率与焊丝熔化速度的关系如图7-71所示。在相同焊接电流情况下，随着EN比率的增加，焊丝熔化速度增大。这说明焊丝熔化系数增大，如图7-71所示，在相同条件下，MIG焊时阴极压降比阳极压降大，则阴极产热高，所以在EN比率增大时，焊丝熔化快。同时EN比率越大，则焊接变形越小。

图7-70 调节EN比率控制焊缝成形

图7-71 EN比率与焊丝熔化速度的关系

（3）改变EN比率能控制熔深的原因 大量试验证实了改变EN比率能够控制熔深，其结果见表7-29。这个试验条件是送丝速度v_f＝600cm/min，焊接速度v_w＝60cm/min，试验过程中参数不变。熔深发生变化的主要原因有两个：①随着EN比率增加，焊丝为负极，阴极斑点沿焊丝旋转上爬，电弧不稳，同时影响到指向焊件的等离子流的稳定性，也就是减小了等离子流对熔池的压力。②电流很小，仅为基值电流，所以总的来说，EN比率增大时，母材熔深减小。

表7-29 交流脉冲mIG焊EN比率不同时焊深与焊接电流的关系

注：v_f＝600cm/min，v_w＝60cm/min。

（4）ACPMIG焊与DCPMIG焊对搭接接头焊缝成形的影响铝合金薄板焊件很多都采用搭接接头。但是许多焊接方法对薄板之问的问隙十分敏感，见表7-30。

表7-30 直流脉冲与交流脉冲焊可焊接头间隙比较

表7-30中用DCP MIG焊法焊接搭接焊缝时，熔深较大，下板易被烧穿，而上板由于搭接性不好而烧断。ACP MIG焊因热输入低，熔深浅而不易产生烧穿和烧断的问题，当问隙达到1.5mm时，也能正常焊接。DCP MIG焊法的问隙为零时能焊接上，可是当问隙达到0.5mm时已经出现烧穿的趋势。

3.ACP MIG焊设备

ACP MIG焊接设备是一台低热输入的数宇化逆变焊机。焊接设备系统是由五部分组成：主电路、高压稳弧电路、控制电路、送丝系统和参数给定与显示电路。其中主电路包括一次逆变和二次逆变电路。控制电路包括DSP控制中心、一次和二次逆变的驱动电路、高压稳弧电路、保护电路、电流和电压反馈电路等。

ACP MIG焊接系统采用软件编程。软件部分由主程序、系统初始化程序、引弧与收弧程序以及焊接程序等部分组成。