雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法
【專利摘要】一種多電極耦合電弧焊接的方法，其利用兩個(gè)電弧相互作用的原理，在非熔化極電弧中加入兩根焊絲形成副弧，電弧處于非熔化極電弧下方并與之復(fù)合形成一個(gè)熔池。該焊接方法熔化焊絲的電源根據(jù)實(shí)際焊接要求采用交流電源或直流電源，改變副弧的電流參數(shù)使主弧在窄間隙焊縫中有規(guī)律的擺動(dòng)，合理分配電弧熱量，增加側(cè)壁的熱輸入，避免窄間隙焊中的側(cè)壁不熔合的問題。副弧把原本在工件的熱輸入作用到焊絲上，可以使兩根焊絲之間的電弧保持穩(wěn)定，以使熔滴穩(wěn)定過渡，這種熔滴過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)焊接過程中的傳熱、傳力、傳質(zhì)的任意組合。
【專利說明】雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多電極耦合擺動(dòng)電弧焊接方法，是一種多電極窄間隙焊接方法，屬于焊接方法領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著焊接結(jié)構(gòu)趨向于大型化，厚板的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)焊接接頭性能要求也越來越高。傳統(tǒng)的焊接方法對(duì)厚板進(jìn)行焊接時(shí)，由于坡口尺寸較大，所需金屬填充量顯著增大，造成材料消耗大，熱輸入增大，最后導(dǎo)致焊接應(yīng)力和焊接變形增大，焊接接頭的力學(xué)性能下降，同時(shí)增加了焊接工作量，加長了工件的生產(chǎn)周期。
[0003]窄間隙焊接技術(shù)在進(jìn)行厚板焊接時(shí)具有明顯的優(yōu)勢，窄間隙焊不僅能夠使焊接橫截面面積大量減少，節(jié)約大量焊接材料，顯著提高焊接生產(chǎn)效率，更能減少焊接殘余變形及焊接殘余應(yīng)力，較高的熔池冷卻速度和較低的線能量使焊縫組織相對(duì)細(xì)小，使接頭的缺口韌性顯著提高。
[0004]常見的窄間隙焊有窄間隙埋弧焊、窄間隙GTAW焊、窄間隙GMAW焊等等，但是窄間隙焊有關(guān)鍵性的技術(shù)難題需要解決:側(cè)壁難熔合。在傳統(tǒng)焊接方法中，電弧軸線與坡口面具有較大夾角，這樣高熔透能力、高能量密度的電弧中心區(qū)域就容易作用在坡口面上，坡口面與焊道，焊層之間基本能實(shí)現(xiàn)全部熔合。在窄間隙焊接條件下，電弧軸線基本與坡口面平行，電弧中心位于焊縫中間，只有能量很低的電弧周邊能作用到坡口側(cè)壁，這就導(dǎo)致了側(cè)壁熔合的可靠性差，極易形成側(cè)壁未熔合。另外，窄間隙焊的電弧張角較小，電弧熱量更多的集中在坡口底部，使焊縫形成指狀熔深，易出現(xiàn)熱裂紋。在深而狹窄的坡口內(nèi)明弧焊接時(shí)，焊接飛濺對(duì)工藝可靠性影響極大，飛濺阻礙焊槍的正常行走或引起短路，工藝可靠性不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有窄間隙焊接方法的缺陷，利用兩個(gè)彼此靠近的電弧洛倫茲力相互作用的原理，提出一種雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主弧擺動(dòng)的焊接方法。非熔化極焊槍與工件之間產(chǎn)生主弧(GTA)，兩根連續(xù)送進(jìn)的焊絲之間產(chǎn)生副弧，副弧和主弧產(chǎn)生作用力并使主弧發(fā)生橫向擺動(dòng)，主弧擺動(dòng)增加了電弧的張角，增加了對(duì)側(cè)壁的熱輸入，從而使側(cè)壁直接熔化，同時(shí)兩個(gè)電弧共同熔化焊絲完成焊縫填充，可以合理的分配電弧能量，改善焊縫成形。該方法可操作性強(qiáng)，改變副弧的電流參數(shù)可以靈活的控制焊接主弧的橫向擺動(dòng)的頻率或根據(jù)窄間隙焊縫需要主弧偏向一側(cè)，可以調(diào)節(jié)窄間隙焊縫側(cè)壁的熱輸入，避免了傳統(tǒng)窄間隙焊的側(cè)壁難熔合的問題。該方法中焊絲的熔化速度和被焊工件的熱輸入分開調(diào)節(jié)，避免了焊縫性能差的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:
[0007]在本發(fā)明中雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其建立非熔化極與工件間的主弧，并且兩根焊絲由兩個(gè)送絲機(jī)同時(shí)從主弧的同一側(cè)平行進(jìn)入到主弧中形成副?。皇褂弥骰『透被蓚€(gè)電弧相互作用，副弧驅(qū)動(dòng)主弧擺動(dòng)完成焊接。
[0008]非熔化極采用鎢極，主弧建立在鎢極和工件之間來熔化工件完成焊接；副弧建立在兩根焊絲之間來熔化焊絲完成金屬的熔敷，副弧位于主弧的下方，主弧和副弧兩個(gè)電弧相互作用完成工作。
[0009]主弧為非熔化極電弧，采用非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW)，主弧采用一個(gè)恒定電流的電源來提供。
[0010]副弧是在兩根平行送進(jìn)的焊絲之間形成，采用一個(gè)恒定電壓的電源來提供，根據(jù)實(shí)際情況選擇交流電源和直流電源。
[0011]使用交流電源提供副弧的電流，改變交流電流波形的參數(shù)，調(diào)整主弧的擺動(dòng)頻率。
[0012]使用直流電源提供副弧的電流，改變直流電流的流向調(diào)整主弧的擺動(dòng)方向。
[0013]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可控的，主弧有規(guī)律的進(jìn)行擺動(dòng)或根據(jù)焊縫需要偏向指定方向，合理分配電弧熱量，增加窄間隙焊縫側(cè)壁的熱輸入。焊接電弧對(duì)工件的熱輸入主要靠主弧的斑點(diǎn)熱，一旦形成擺動(dòng)電弧，僅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，沒有額外的能量消耗，所以副弧對(duì)被焊工件的熱輸入極小。雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法解決了傳統(tǒng)窄間隙焊側(cè)壁難熔合的問題，完成了在大熔敷率的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的低熱輸入。
[0014]本發(fā)明可以獲得如下有益效果:
[0015]本發(fā)明所述的焊接方法，利用兩個(gè)電弧之間洛倫茲力的相互作用，主弧由副弧驅(qū)動(dòng)按照焊縫需要擺動(dòng)，對(duì)窄間隙焊縫尤其是側(cè)壁進(jìn)行熔化，避免側(cè)壁難熔合和焊縫質(zhì)量差的缺陷產(chǎn)生，同時(shí)通過單獨(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，實(shí)現(xiàn)在焊接過程中的傳熱、傳力和傳質(zhì)的自由組合。而目前已有的窄間隙電弧擺動(dòng)焊接方法主要有加裝擺動(dòng)器、機(jī)械裝置形成旋轉(zhuǎn)電弧、外加磁場等方式使電弧擺動(dòng)，這些方法存在適用范圍窄、受外界影響大、焊縫成形差的問題。本發(fā)明可以很好的解決上述問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在對(duì)熔池力、熱和質(zhì)的輸入分開調(diào)節(jié)。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)量窄間隙焊縫的焊接。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0016]圖1雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法示意圖。
[0017]圖2雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法俯視示意圖。
[0018]圖3擺動(dòng)電弧示意圖。
[0019]圖4交流電源波形圖。
[0020]圖中1、非熔化極焊槍，2、主弧，3、被焊工件，4、主弧電源，5、副弧(絲間電弧)，6、7焊絲，8、交流電源，9、副弧電流，10、11送絲機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
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[0021]以下具體地說明本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中只是說明性質(zhì)，只說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)行說明。圖1中Vl和V2分別兩根焊絲的送絲速度，dl為兩根焊絲之間的距離，tpl和tp2分別為副弧正負(fù)脈沖電流的時(shí)間
[0022]下面對(duì)該焊接方法的步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0023](I)放置焊槍在被焊工件一側(cè)，要求非熔化極焊槍位于兩根焊絲正上方，兩根焊絲以一定距離在主弧一側(cè)由兩個(gè)送絲機(jī)平行送入，焊絲之間的距離要保證副弧能夠穩(wěn)定形成，調(diào)整兩根焊絲之間距離可以改變主弧的張角大小。注意調(diào)整好焊槍的參數(shù)，保證副弧在主弧正下方形成。
[0024](2)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。主弧采用非熔化極電弧(GTA)，焊槍接電源的負(fù)極，工件接電源的正極。副弧根據(jù)焊縫要求(電弧擺動(dòng)方向)可以采用交流電源或直流電源。
[0025](3)擺動(dòng)電弧形成。首先調(diào)整非熔化極電弧(GTA)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)定后引燃兩根焊絲間的副弧。兩個(gè)電弧建立后觀察電弧進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，保證電弧穩(wěn)定燃燒。
[0026](4)根據(jù)窄間隙焊縫的實(shí)際情況調(diào)整主電弧的擺動(dòng)方向和擺動(dòng)頻率。主弧擺動(dòng)通過調(diào)整副弧的電流流向和頻率實(shí)現(xiàn)。
[0027]當(dāng)副弧采用直流時(shí)，電弧間相互作用，主弧會(huì)偏向一側(cè)，根據(jù)窄間隙焊縫側(cè)壁金屬厚度可以改變兩根焊絲的極性來改變主弧的偏移方向。兩根焊絲的熔化速度不同，需要分開調(diào)整兩根焊絲的送絲速度來匹配其熔化速度，保證副弧的穩(wěn)定燃燒。
[0028]當(dāng)副弧采用交流時(shí)，主弧會(huì)有規(guī)律的向兩側(cè)的焊絲擺動(dòng)，影響主弧擺動(dòng)的參數(shù)是副弧的電流的頻率和正負(fù)脈沖時(shí)間，可以改變副弧的脈沖頻率可以改變主弧的擺動(dòng)頻率，改變副弧電流正負(fù)脈沖時(shí)間可以改變主弧在兩個(gè)焊絲之間的的擺動(dòng)時(shí)間。兩根焊絲的熔化速度不同，需要分開調(diào)整兩根焊絲的送絲速度來匹配其熔化速度，保證副弧的穩(wěn)定燃燒。
[0029](5)擺動(dòng)電弧建立后被焊工件的熱輸入主要是由主弧來控制的，熔敷率是由主弧和副弧熔化的兩根焊絲來控制，兩個(gè)電弧的參數(shù)可以分開調(diào)整，焊接過程中的傳熱、傳力和傳質(zhì)的自由組合。
【權(quán)利要求】
1.雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其特征在于:建立非熔化極與工件間的主弧，并且兩根焊絲由兩個(gè)送絲機(jī)同時(shí)從主弧同一側(cè)平行送入到主弧中形成副弧，副弧驅(qū)動(dòng)主弧擺動(dòng)完成焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其特征在于:非熔化極采用鎢極，主弧建立在鎢極和工件之間來熔化工件完成焊接，副弧建立在兩根焊絲之間來熔化焊絲完成金屬熔敷，副弧位于主弧下方，主弧和副弧兩個(gè)電弧相互作用共同工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其特征在于:所述的主弧為非熔化極電弧，采用非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW)，主弧采用一個(gè)恒定電流的電源來提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其特征在于:副弧是在兩根平行送進(jìn)的焊絲之間形成，采用一個(gè)恒定電壓的電源來提供，選擇交流電源和直流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其特征在于:使用交流電源提供副弧的電流；改變交流電流波形的參數(shù)可以調(diào)整主弧的擺動(dòng)頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙送絲輔助電弧驅(qū)動(dòng)主電弧擺動(dòng)的焊接方法，其特征在于:使用直流電源提供副弧的電流；改變直流電流的流向調(diào)整主弧的擺動(dòng)方向。
【文檔編號(hào)】B23K9/167GK104227181SQ201310253480
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】陳樹君, 張亮, 王旭平, 王建新, 龔金龍, 張俊林 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)