專(zhuān)利名稱(chēng)：非熔化極電弧與雙絲熔化極電弧交叉耦合的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多電極耦合電弧焊接方法，是一種交叉電弧的多電極焊接方法，屬于焊接方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程中，焊接技術(shù)己成為一種重要的材料加工工藝。在各種不同形式的金屬連接中，電弧焊接被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)各種高質(zhì)量的連接。這是因?yàn)樵谠S多應(yīng)用中，電弧焊接已經(jīng)被證明是最經(jīng)濟(jì)的金屬連接方式。焊接技術(shù)在制造業(yè)中占有舉足輕重的地位，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于能源動(dòng)力、交通運(yùn)輸、航空航天、海洋工程、重型機(jī)械等行業(yè)，應(yīng)經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的制造技術(shù)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，焊接產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)中的應(yīng)用日益廣泛，以焊代鉚、以焊代鍛、以焊代鑄，目前焊接技術(shù)已成為材料加工制造領(lǐng)域的主導(dǎo)連接工藝之一。隨著焊接產(chǎn)品的質(zhì)量和效率的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的焊接方法已不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。因此，提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，減少焊接缺陷的高效焊接方法成為現(xiàn)代焊接界的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，一些新型的特種焊接方法異軍突起，諸如:高能束、激光束、電子束、激光-電弧復(fù)合熱源等；固態(tài)焊接/連接技術(shù):線性摩擦焊、攪拌摩擦焊等。目前我國(guó)焊接工作量已達(dá)到世界焊接強(qiáng)國(guó)的水平，但焊接工作效率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，主要原因在于焊接自動(dòng)化程度低，高效焊接方法廣泛應(yīng)用不夠。因此，研究和推廣高效焊接工藝成為實(shí)際生產(chǎn)的迫切要求?；『缸鳛橐环N傳統(tǒng)的焊接方法，通過(guò)電弧過(guò)程把電能轉(zhuǎn)換為熱能，用以熔化焊絲(焊條)或工件，以實(shí)現(xiàn)金屬的連接?；『高^(guò)程的本質(zhì)是一種傳熱、傳質(zhì)和傳力的過(guò)程，而各種弧焊工藝都是不同的熱、質(zhì)、力傳遞過(guò)程的組合，這種組合又必須保證焊接過(guò)程和焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。但是隨著焊接速度的提聞，要增大焊接電流以提聞焊絲的溶化速度，提聞生廣率同時(shí)減少對(duì)工件的熱輸入，避免高速焊接焊縫成形缺陷的產(chǎn)生。目前傳統(tǒng)的電弧焊方法的在熱量輸入、焊材填充和熔池受力具有固有的搭配局限，焊縫成形和焊接質(zhì)量不可避免地受到非預(yù)期的傳熱、傳質(zhì)、傳力的影響，很難保證焊接過(guò)程滿足使用要求。因此，焊接過(guò)程中能量的自動(dòng)控制與調(diào)整用以提高熔敷效率和焊接速度、減小熱輸入為目的高效焊接方法成為現(xiàn)代新型焊接的發(fā)展趨勢(shì)。非熔化極氬弧焊(GTAW)是一種廣泛使用的焊接方法，可以焊接各種金屬材料，它通常用于在管道的根焊和薄板的焊接，它的電弧穩(wěn)定的，可以完成高質(zhì)量和無(wú)飛濺的焊接，而且不需要大量的焊后清理。在開(kāi)坡口的焊縫中，通常需要大量的的金屬填充，然而對(duì)于非熔化極氬弧焊(GTAW)來(lái)說(shuō)，它的效率是比較低的，通常采用兩種方法來(lái)填充焊縫:冷絲鎢極氬弧焊工藝和熱絲鎢極氬弧焊工藝。在冷絲非熔化極氬弧焊焊接過(guò)程中，填充焊絲直接熔化進(jìn)入焊縫。而熱絲鎢極氬弧焊為了更快地熔化焊絲，采用在焊絲中加入一個(gè)單獨(dú)的電流(常用交變電流)以使填充金屬絲被預(yù)先的電阻熱加熱后，在理想狀態(tài)下的焊絲可以達(dá)到其熔點(diǎn)，然后焊絲送入熔池。相對(duì)相對(duì)冷絲非熔化極氬弧焊來(lái)說(shuō)熱絲非熔化極氬弧焊具有較高的熔敷率，但是需要額外的電源，成本較高。
熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)是一種廣泛應(yīng)用的弧焊方法。焊絲作為一個(gè)熔化電極，通過(guò)焊絲與工件之間引燃電弧，焊絲被電弧加熱形成熔滴過(guò)渡到熔池中。電弧的能量一部分用來(lái)熔化焊絲形成熔滴過(guò)渡到工件上，一部分在工件上產(chǎn)生很多熱量，但工件產(chǎn)熱量遠(yuǎn)大于用于熔化焊絲的熱量，工件的產(chǎn)熱就成為一種能量的浪費(fèi)，這種能量增加了材料性能的變化，現(xiàn)有的電弧模式不能改變固有的能量分配。因此，本發(fā)明專(zhuān)利是一種增加焊絲的熔敷率，提高能量利用效率的新型焊接方法，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程熱輸入和熔敷率的自由調(diào)節(jié)
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有焊接方法的缺陷，提出一種非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合焊接的方法，該方法可操作性強(qiáng)，可以靈活的控制焊接電弧的形狀、焊絲的熔化速度和被焊工件的熱輸入，實(shí)現(xiàn)了在焊接過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)和傳力的自由組
口 o為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，首先建立非熔化極焊槍與工件間的主弧和兩根焊絲之間的副弧，同時(shí)使用主弧和副弧交叉完成焊接工作。主弧建立在非熔化極焊槍與工件之間來(lái)熔化工件，副弧建立在兩根焊絲之間來(lái)熔化焊絲，副弧位于主弧下方并與主弧成交叉狀態(tài)，兩個(gè)電弧共同進(jìn)行工作。交叉電弧建立首先建立非熔化極和工件之間的主弧，然后建立兩根焊絲之間的副弧。 兩根焊絲是從主弧相對(duì)的兩側(cè)進(jìn)入到主弧中。主弧為非熔化極電弧，采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW)或等離子弧焊(PAW)，主弧采用一個(gè)恒定電流的電源來(lái)提供。副弧采用一個(gè)恒定電流或恒定電壓的交流電源來(lái)提供，可以使電弧斑點(diǎn)交替出現(xiàn)在兩根焊絲上，調(diào)整交流電流波形參數(shù)可以分開(kāi)調(diào)整兩根焊絲的熔化速度。該焊接方法區(qū)別于傳統(tǒng)電弧焊接方法最顯著的特征就是其焊接電弧是交叉且是可控的，而傳統(tǒng)電弧焊接方法所使用的電弧均為圓柱形且無(wú)法自由控制。焊接電弧對(duì)工件的熱輸入主要靠電弧的斑點(diǎn)熱，一旦形成交叉電弧，僅主弧在被焊工件上形成斑點(diǎn)，主弧能量用于控制被焊工件的熱輸入和熔深。副弧的兩個(gè)斑點(diǎn)在焊絲上，熱量幾乎全部用于熔化焊絲，沒(méi)有額外的能量消耗，所以副弧對(duì)被焊工件的熱輸入極小。交叉電弧焊接方法實(shí)現(xiàn)了在大熔敷率的情況下對(duì)工件的低熱輸入。本發(fā)明可以獲得如下有益效果:本發(fā)明所述的焊接方法，通過(guò)改變電弧形狀、單獨(dú)控制焊接熱輸入和單獨(dú)控制焊接時(shí)對(duì)熔池的傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中傳力、傳熱和傳質(zhì)的解耦，從而靈活的控制焊接電弧的形狀、熱源形態(tài)及對(duì)被焊工件的熱輸入，以實(shí)現(xiàn)在焊接過(guò)程中的傳熱、傳力和傳質(zhì)的自由組合。而目前已有的焊接方法在對(duì)熔池進(jìn)行力、熱和質(zhì)的輸入上都是相互耦合的，難以分別調(diào)整。這是一個(gè)對(duì)現(xiàn)有弧焊技術(shù)進(jìn)行革新的發(fā)明，該方法可以利用一些現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行高效率，高質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)的薄板及中厚板焊接。


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圖1交叉電弧示意圖。圖2焊絲送進(jìn)示意圖。圖3交流電源波形圖。圖4交叉電弧內(nèi)部示意圖。圖中101、非熔化極焊槍?zhuān)?02、主弧，103、副弧(絲間電弧)，104、焊絲I，105、焊絲II，106、交流電源，107、兩根焊絲夾角，108、被焊工件，109、焊絲電流，110、主弧電源，111、兩根焊絲之間的距離，112、焊絲I送進(jìn)速度，113、焊絲II送進(jìn)速度，114、送絲機(jī)I，115、送絲機(jī)II，116、正脈沖電流的峰值電流，117、負(fù)脈沖電流的峰值電流，118、正脈沖電流的時(shí)間，119、負(fù)脈沖電流的時(shí)間，120、兩根焊絲的交叉點(diǎn)，121、兩根焊絲交點(diǎn)到工件的距離。122、焊絲I端頭到工件的距離，123、焊絲II端頭到工件的距離。
具體實(shí)施方式
:以下具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中只是說(shuō)明性質(zhì)，只說(shuō)明了該焊接方法有關(guān)電回路方面的連接方式，焊槍所必須的氣路和水路接法都是使用常規(guī)接法，所以不再進(jìn)行說(shuō)明。如圖所示，如圖所示非熔化焊槍101和兩根焊絲焊絲1104和焊絲II105分布在被焊工件108的同一側(cè)，焊槍、焊絲1104和焊絲II105和被焊工件108分別與焊接電源及其控制系統(tǒng)相連。焊接時(shí)，非熔化極焊槍和工件之間建立主弧102，主弧主要用來(lái)熔化被焊工件108，采用一個(gè)恒定電流的主弧電源110提供；焊絲1104和焊絲II105分別由送絲機(jī)1114和送絲機(jī)II115從主弧102相對(duì)兩側(cè)進(jìn)入并產(chǎn)生副弧103，副弧用來(lái)熔化焊絲且采用一個(gè)交流電源106提供，交流電流可以使電弧斑點(diǎn)交替出現(xiàn)在兩根焊絲上，使焊絲保持一定的熔化速度。副弧位于主弧下方并與主弧成交叉形態(tài)，兩個(gè)電弧共同完成焊接工作。兩個(gè)電弧的能量可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了焊絲熔化速度和工件熱輸入的分開(kāi)調(diào)節(jié)。下面對(duì)該焊接方法的步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:( I)準(zhǔn)備好進(jìn)行焊接的工件，該方法對(duì)被焊工件的間隙和坡口等要求很低。(2)焊槍放置在被焊工件一側(cè)，要求非熔化極焊槍位于兩根焊絲上方，兩根焊絲在主電弧相對(duì)兩側(cè)由兩個(gè)送絲機(jī)送入，注意調(diào)整好焊槍的參數(shù)，保證焊接電弧形成交叉狀態(tài)。(3)將焊槍、焊絲和被焊工件都連接到焊接電源構(gòu)成的回路中，每個(gè)回路中的焊接參數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況選擇。(4)交叉電弧形成。首先調(diào)整非熔化極電弧和焊絲之間電弧的參數(shù)，然后在非熔化極焊槍和被焊工件之間形成主弧，主弧穩(wěn)定后引燃焊絲間的副弧。交叉電弧建立后觀察電弧進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，保證焊縫滿足使用要求。交叉電弧建立后被焊工件的熱輸入主要是由主弧來(lái)控制的，熔敷率是由副弧熔化兩根焊絲來(lái)控制的，兩個(gè)電弧的參數(shù)可以分開(kāi)調(diào)整，焊接過(guò)程中的傳熱、傳力和傳質(zhì)的自由組合。(5)焊絲的熔化速度取決于交流電Iw113，通過(guò)調(diào)整交流電的波形參數(shù)正半波幅值IPl119，持續(xù)時(shí)間tpi 121 ;負(fù)半波的幅值Ip2 120，持續(xù)時(shí)間tp2 122改變兩根焊絲平均功率來(lái)改變?nèi)刍俣?，可以?shí)現(xiàn)在不同送絲速度下的焊接，平均功率P1和P2可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。焊絲104和105的平均功率如下所示:
權(quán)利要求
1.非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:一種建立非熔化極與工件間的電弧為主弧和兩根焊絲間的電弧為副弧，同時(shí)使用兩個(gè)電弧交叉完成焊接的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:主弧建立在非熔化極和工件之間來(lái)熔化工件，副弧建立在兩根焊絲之間來(lái)熔化焊絲，副電弧位于主弧下方，并與主弧成交叉狀態(tài)，兩個(gè)電弧進(jìn)行共同工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:其特征在于兩根焊絲是從相對(duì)的兩側(cè)進(jìn)入到主弧中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:主電弧為非熔化極電弧，采用非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW)或等離子焊(PAW),主弧采用一個(gè)恒定電流的電源來(lái)提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:副弧采用一個(gè)恒定電流或恒定電壓的電源來(lái)提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:建立兩個(gè)單獨(dú)電弧的方法，該方法包括:首先建立由非熔化極和工件之間的主弧，然后建立兩根焊絲之間副弧。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非熔化極電弧與雙絲熔化極交流電弧交叉耦合的焊接方法，其特征在于:焊接方法中，使用AC電源提供絲間的電流；通過(guò)調(diào)整交流電流波形的參數(shù)來(lái)調(diào)整兩根焊絲的熔化速度。
全文摘要
一種多電極耦合電弧交叉焊接的方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。該焊接方法通過(guò)采用添加兩根焊絲來(lái)形成一個(gè)電弧，把原本在工件的熱輸入作用到焊絲上，該電弧處于非熔化極點(diǎn)弧下方并與之復(fù)合形成一個(gè)熔池。該焊接方法熔化焊絲的電源采用交流電源，可以使兩根焊絲之間的電弧保持穩(wěn)定，以使熔滴穩(wěn)定過(guò)渡，這種熔滴過(guò)渡方式不僅提高了能量效率，而且減少了工件的變形和材料性能的改變，同時(shí)這種焊接方法可以很好的控制熔敷率和對(duì)工件的熱輸入，可以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中的傳熱、傳力、傳質(zhì)的任意組合。
文檔編號(hào)B23K9/16GK103203529SQ20131010517
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者陳樹(shù)君, 張亮, 黃寧, 王旭平, 盧振洋, 蔣凡 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)