專利名稱：一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊接系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種新型焊接系統(tǒng)及方法，更具體地說，涉及一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊，涉及焊接工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的TIG焊由于鎢極的電流承載能力有限，因此電弧功率受到限制，焊接效率也受到限制。而熱絲TIG焊可以提高TIG焊的熔敷率和焊接速度。熱絲TIG焊是在普通 TIG焊的基礎(chǔ)上對焊絲進(jìn)行預(yù)熱，以提高熱輸入量，增加熔化速度。熱絲TIG填充焊焊接過程十分穩(wěn)定，具有良好的焊接質(zhì)量。但常規(guī)熱絲TIG焊也有如下缺點(diǎn)通過非熔化極的電流非常有限，因此，單位時(shí)間內(nèi)的焊絲填充量較小，焊接效率受到限制。與熱絲TIG填絲焊相比，雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊可以大幅提高焊絲熔敷效率，從而提高焊接效率。MIG焊的在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛。在高效焊接中，隨著焊接速度的提高，需要提高焊絲熔敷效率以保證單位長度焊縫上的足夠的填充金屬量。而焊絲熔敷效率的提高伴隨著焊接電流的大幅上升，焊接電流的大幅上升會(huì)大大增加焊接過程對母材的熱輸入量，這對于避免或減輕焊接缺陷是極為不利的。無論是MIG單絲焊還是常規(guī)MIG雙絲焊(如 TANDEM, TWIN ARC)，通過焊絲的電流與通過工件的電流都是相等的。在高速焊時(shí)提高通過焊絲的電流都會(huì)同時(shí)提高通過工件的電流，這就有可能產(chǎn)生焊穿，咬邊等焊接缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新型且實(shí)用的雙絲脈沖復(fù)合焊接系統(tǒng)和方法，既能大幅提高焊絲熔敷效率，實(shí)現(xiàn)高效焊接，又能實(shí)現(xiàn)十分穩(wěn)定的焊接過程，控制母材熱輸入量，減小出現(xiàn)焊接缺陷的可能性，有助于獲得良好的焊接質(zhì)量。本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊接系統(tǒng)，包括第一焊機(jī)、第二焊機(jī)、第一焊絲和第二焊絲，其中第一焊機(jī)和第二焊機(jī)的陽極共同與第一焊絲連接，第一焊機(jī)的陰極與工件相連接，第二焊機(jī)的陰極與第二焊絲連接，其中第一焊絲與工件形成電弧，第二焊絲與工件不形成電弧。在本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)中，焊接過程中燃弧的焊絲(第一焊絲)稱為主絲，其對應(yīng)的電弧稱為主弧。工件電流表示為I1，主絲其它參數(shù)亦如此表示，如主絲電壓表示為U115 焊接過程中不燃弧的焊絲(第二焊絲)稱為從絲。從絲電流表示為I2，從絲其它參數(shù)亦如此表示，如從絲電壓表示為U2O第一焊機(jī)的陽極與第二焊機(jī)的陽極共同與主絲送絲機(jī)相連接，第一焊機(jī)的陰極與工件相連接，第二焊機(jī)的陰極與從絲送絲機(jī)相連接。焊接總電流由主絲流出，分電流I1通過工件流入第一焊機(jī)，分電流I2通過從絲流入第二焊機(jī)。本復(fù)合系統(tǒng)的核心在于兩個(gè)焊接電源的組合方式與兩個(gè)焊絲之間的組合形式。電源外特性要求主絲電源為脈沖輸出，從絲電源為恒壓輸出。焊絲組合方式要求兩個(gè)焊絲端
4頭在工件上的距離，主絲與從絲的干伸長度，兩個(gè)焊絲分別與水平方向的夾角，兩個(gè)焊絲之間的夾角要精細(xì)配置。焊接系統(tǒng)中，各個(gè)位置參數(shù)如下(1)主絲與從絲的端頭在工件上的距離為0 5mm(2)主絲的干伸長度為15 20_(3)從絲的干伸長度為20 30_(4)主絲與工件水平面的夾角為35° 80°(5)從絲與工件水平面的夾角為50° 75°(6)主絲與從絲之間的夾角為35° 95°各個(gè)位置參數(shù)優(yōu)選如下(1)主絲與從絲的端頭在工件上的距離為0 5mm(2)主絲的干伸長度為15 20_(3)從絲的干伸長度為20 30謹(jǐn)(4)主絲與工件水平面的夾角為40° 60°(5)從絲與工件水平面的夾角為55° 70°(6)主絲與從絲之間的夾角為45° 80°依據(jù)本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)進(jìn)行焊接的方法，具體步驟如下(1)按照本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)連接設(shè)備，接入電源；(2)調(diào)節(jié)第一焊機(jī)與第二焊機(jī)的電源參數(shù)；(3)調(diào)節(jié)焊絲機(jī)的送絲速度；(4)調(diào)整兩個(gè)焊絲各自的角度，兩個(gè)焊絲的干伸長度，兩個(gè)焊絲端頭在工件上的距 1 ；(5)施焊所述步驟(1)中的電源頻率可以選用50Hz。所述步驟⑵中的送絲速度為1 lOm/min。焊接系統(tǒng)中，各個(gè)位置參數(shù)如下(1)主絲與從絲的端頭在工件上的距離為O 5mm(2)主絲的干伸長度為15 20_(3)從絲的干伸長度為20 30_(4)主絲與工件水平面的夾角為35° 80°(5)從絲與工件水平面的夾角為50° 75°(6)主絲與從絲之間的夾角為35° 95°各個(gè)位置參數(shù)優(yōu)選如下(1)主絲與從絲的端頭在工件上的距離為3 5mm(2)主絲的干伸長度為15 20_(3)從絲的干伸長度為20 30謹(jǐn)(4)主絲與工件水平面的夾角為40° 60°(5)從絲與工件水平面的夾角為55° 70°(6)主絲與從絲之間的夾角為45° 80°在本發(fā)明的技術(shù)方案中，焊接過程中在主絲與工件、從絲之間形成的電弧，主絲為陽極，工件與從絲皆為陰極。主絲電源(第一焊機(jī))采用脈沖方式，主絲電弧脈沖變化，主絲熔滴過渡方式為一脈一滴。從絲電源(第二焊機(jī))采用恒壓模式。焊接過程中從絲不燃弧，焊絲插在熔池中或熔池邊緣，并始終與工件接觸。焊接過程中，主絲由電弧熱熔化，而從絲熔化熱由兩部分組成電弧的熱作用和從絲導(dǎo)電嘴與工件之間這一段焊絲的電阻熱。雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊焊接過程的高速攝像圖片如圖2所示。其對應(yīng)的電信號(hào)如圖 3中0. 511s至0. 529s時(shí)間區(qū)間(時(shí)間軸上0至虛線處)所示，由圖3可知，主絲電流與從絲電流相位相反。主絲電流達(dá)到峰值時(shí)，從絲電流恰好為基值。這樣可以避免在主絲峰值熱輸入突然增大時(shí)可能導(dǎo)致的從絲爆斷。通過控制兩個(gè)焊絲之間的距離，兩個(gè)焊絲之間的角度，主絲導(dǎo)電嘴與工件之間的距離，從絲導(dǎo)電嘴與工件之間的距離來調(diào)整焊絲幾何布置，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過程。焊接過程中主絲熔滴過渡方式為規(guī)則的一脈一滴，從絲能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的由固態(tài)焊絲到液態(tài)熔池金屬的填絲過程，因此焊接過程中沒有飛濺，金屬過渡十順利，焊接過程十分穩(wěn)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)和方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)與熱絲TIG填絲焊相比，由于是兩個(gè)熔化極焊絲，兩個(gè)焊絲同時(shí)送進(jìn)。在主絲已有相當(dāng)送絲速度的前提下，又有從絲以高速度連續(xù)送進(jìn)。因此，雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊可以大幅提高焊絲熔敷效率，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高效焊接過程。(2)與MIG單絲焊和常規(guī)雙絲MIG雙絲焊相比，雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊可以在高速焊接時(shí)保持高焊絲熔敷效率的條件下，控制對母材的熱輸入量，避免或減小出現(xiàn)焊接缺陷的可能性。


圖1是本發(fā)明的復(fù)合焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為第一焊機(jī)、2為第一焊絲 (主絲)、3為第一焊槍、4為第二焊槍、5為第二焊絲(從絲)、6為第二焊機(jī)、7為工件。圖2是雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊高速攝像圖片(FASTCAMSUPER 10KC)。圖3是雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊電信號(hào)波形。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例8雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊焊道的外觀照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明所構(gòu)建的雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊基本焊接系統(tǒng)包括林肯 INVERTECTMV300-I焊機(jī)(1臺(tái)，作為第二焊機(jī)使用)，林肯INVERTEC V350 PRO型焊機(jī)(1臺(tái)， 作為第一焊機(jī)使用)，S-86A型半自動(dòng)送絲機(jī)O臺(tái))，角度與位置可調(diào)的雙槍夾具(1個(gè))， 直線工作臺(tái)(1臺(tái))。此外，還包括氣瓶氣閥、遙控盒等焊接輔助設(shè)備。焊接系統(tǒng)示意圖如圖 1所示。焊接工藝具體參數(shù)見表1和表2。表1雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊參數(shù)與MIG單絲焊參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊接系統(tǒng)，包括第一焊機(jī)、第二焊機(jī)、第一焊絲和第二焊絲，其特征在于，其中第一焊機(jī)和第二焊機(jī)的陽極共同與第一焊絲連接，第一焊機(jī)的陰極與工件相連接，第二焊機(jī)的陰極與第二焊絲連接，其中第一焊絲與工件形成電弧，第二焊絲與工件不形成電弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述復(fù)合焊絲系統(tǒng)中，各個(gè)位置參數(shù)如下(1)第一焊絲與第二焊絲的端頭在工件上的距離為0 5mm；(2)第一焊絲的干伸長度為15 20mm；(3)第二焊絲的干伸長度為20 30mm；(4)第一焊絲與工件水平面的夾角為35° 80°；(5)第二焊絲與工件水平面的夾角為50° 75°；(6)第一焊絲與第二焊絲之間的夾角為35° 95°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊接系統(tǒng)，其特征在于， 所述復(fù)合焊絲系統(tǒng)中，各個(gè)位置參數(shù)如下(1)第一焊絲與第二焊絲的端頭在工件上的距離為0 5mm；(2)第一焊絲的干伸長度為15 20mm；(3)第二焊絲的干伸長度為20 30mm；(4)第一焊絲與工件水平面的夾角為40° 60°；(5)第二焊絲與工件水平面的夾角為55° 70°；(6)第一焊絲與第二焊絲之間的夾角為45° 80°。
4.一種利用權(quán)利要求1所述的復(fù)合焊接系統(tǒng)進(jìn)行焊接的方法，其特征在于，具體步驟如下(1)按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合焊接系統(tǒng)連接設(shè)備，接入電源；(2)調(diào)節(jié)第一焊機(jī)與第二焊機(jī)的電源參數(shù)；(3)調(diào)節(jié)焊絲機(jī)的送絲速度；(4)調(diào)整兩個(gè)焊絲各自的角度，兩個(gè)焊絲的干伸長度，兩個(gè)焊絲端頭在工件上的距離；(5)施焊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步驟(1)中的電源頻率可以選用 50Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步驟O)中，第一焊機(jī)采用脈沖方式，第二焊機(jī)采用恒壓方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步驟(3)中的送絲速度為1 10m/mino
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接方法，其特征在于，第一焊絲與第二焊絲的端頭在工件上的距離為0 5mm ；第一焊絲的干伸長度為15 20mm ；第二焊絲的干伸長度為20 30mm;第一焊絲與工件水平面的夾角為35° 80 ° ；第二焊絲與工件水平面的夾角為 50° 75° ；第一焊絲與第二焊絲之間的夾角為35° 95°。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的焊接方法，其特征在于，第一焊絲與第二焊絲的端頭在工件上的距離為0 5mm ；第一焊絲的干伸長度為15 20mm ；第二焊絲的干伸長度為20 30mm;第一焊絲與工件水平面的夾角為40° 60° ；第二焊絲與工件水平面的夾角為 55° 70° ；第一焊絲與第二焊絲之間的夾角為45° 80°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙熔化極單電弧旁路耦合復(fù)合焊接系統(tǒng)及其焊接方法，包括第一焊機(jī)、第二焊機(jī)、第一焊絲和第二焊絲，其中第一焊機(jī)和第二焊機(jī)的陽極共同與第一焊絲連接，第一焊絲與工件形成電??；第一焊機(jī)的陰極與工件相連接；第二焊機(jī)的陰極與第二焊絲連接，第二焊絲與工件不形成電弧。本發(fā)明的技術(shù)方案既能大幅提高焊絲熔敷效率，實(shí)現(xiàn)高效焊接，又能實(shí)現(xiàn)十分穩(wěn)定的焊接過程，控制母材熱輸入量，減小出現(xiàn)焊接缺陷的可能性，有助于獲得良好的焊接質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K9/173GK102357719SQ201110269628
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者丁雪萍, 于露, 朱艷麗, 李桓, 韋輝亮 申請人:天津大學(xué)