一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍及其焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬焊接領域，具體涉及一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍及其焊接方法。一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍，輔助外套上固定非熔化極氣體保護電弧焊炬，輔助外套兩側有螺桿，調節(jié)齒輪組件上固定熔化極氣體保護電弧焊炬，一端有螺桿，調節(jié)齒輪組件上的螺桿與輔助外套兩側的螺桿通過有內螺紋的連接套筒連接在一起；通過連接套筒將兩個熔化極氣體保護電弧焊炬連接在非熔化極氣體保護電弧焊炬的兩側。該焊槍及其焊接方法可以實現(xiàn)高熔敷率的同時減少作用于工件的熱輸入，減小工件的焊接變形，極大地改善焊接質量，擴大了焊接工藝規(guī)范區(qū)間，是一種高效、低熱輸入的焊接新工藝，尤其在中厚板的焊接中具有明顯優(yōu)勢。
【專利說明】一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍及其焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬焊接領域，具體涉及一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍及其焊接方法。
【背景技術】
[0002]高效化是當前焊接技術的發(fā)展方向。要實現(xiàn)高效化焊接，一是提高焊接速度，但是提高焊接速度易產(chǎn)生未焊透、焊道不連續(xù)、咬邊等缺陷；二是提高焊絲熔敷率，但常規(guī)熔化極電弧焊(如MIG/MAG焊)時，在提高焊絲熔敷率的同時也意味著焊接熱輸人的增加，從而引起焊接變形、熱影響區(qū)擴大等問題。
[0003]為了解決上述問題，美國Kentucky大學張裕明教授提出一種熱輸入控制方法，即在焊接電流流入母材之前將其分流，減小了母材的熱輸入。該方法提出后，許多學者進行了相關研究。例如:蘭州理工大學的石圩對雙旁路耦合電弧鋁合金MIG焊熔滴過渡形態(tài)進行了研究，結果表明雙旁路耦合電弧可以促進熔滴過渡并可顯著降低噴射過渡的臨界電流；中國專利號為CN201110269628.8的專利文件中記載了一種雙熔化極單電弧旁路耦合復合焊接系統(tǒng)及方法，包括第一焊機、第二焊機、第一焊絲和第二焊絲，其中:第一焊機和第二焊機的陽極共同與第一焊絲連接，第一焊絲與工件形成電?。坏谝缓笝C的陰極與工件相連接；第二焊機的陰極與第二焊絲連接，第二焊絲與工件不形成電??；美國專利號為US2012012559的專利文件記載了一種控制熱輸入的焊接系統(tǒng)，包括以下步驟:接收數(shù)據(jù)，編碼所需的熱輸入范圍內具有熱輸入值的上限值和下限值之間，接收數(shù)據(jù)的編碼所需的電平改變到第一焊接焊縫變量的一組變量，確定到一個水平焊接變量的設定的第二焊縫變量的改變；中國專利號為CN201841347U的專利文件記載了一種新型雙絲焊槍，焊槍電纜尾部并列設置兩焊槍尾部連接頭，通過同時輸出兩根焊絲的設計，提高了焊接效率。
[0004]以上研究工作大多集中于熱輸入控制技術的電弧物理特性及雙絲焊槍的設計上，迄今為止，還沒有一種基于熱輸入控制的焊槍及其焊接方法可以真正應用到生產(chǎn)實踐中，發(fā)揮其優(yōu)勢所在。為此，本發(fā)明設計了一種新型的基于熱輸入控制的雙熔化極焊槍，并介紹了其焊接方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于減小焊接變形、提聞焊絲溶敷率、提聞焊接品質、追求高能量密度且性質均一的電弧形態(tài)、實現(xiàn)穩(wěn)定焊接、改善焊接過程，減小飛濺的基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍，本發(fā)明的目的還在于提供一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍的焊接方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍，由兩個熔化極氣體保護電弧焊炬和一個非熔化極氣體保護電弧焊炬及機械調節(jié)結構組成，輔助外套上固定非熔化極氣體保護電弧焊炬，輔助外套兩側有螺桿，調節(jié)齒輪組件上固定熔化極氣體保護電弧焊炬，一端有螺桿，調節(jié)齒輪組件上的螺桿與輔助外套兩側的螺桿通過有內螺紋的連接套筒連接在一起；通過連接套筒將兩個熔化極氣體保護電弧焊炬連接在非熔化極氣體保護電弧焊炬的兩側；熔化極氣體保護電弧焊炬和非熔化極氣體保護電弧焊炬之間安裝有固定兩個固定夾具；調節(jié)齒輪組件的另一端有旋轉調節(jié)手輪，熔化極氣體保護電弧焊炬上有與旋轉調節(jié)手輪相配合的鋸齒結構。
[0008]熔化極氣體保護電弧焊炬為MIG焊炬，非熔化極氣體保護電弧焊炬為TIG焊炬。
[0009]熔化極氣體保護電弧焊炬和非熔化極氣體保護電弧焊炬連接在恒壓電源上。
[0010]一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍的焊接方法，包括:
[0011]步驟1:將工件的待焊部位根據(jù)需要加工成I形、Y形或V形坡口，并對其兩側表面進行打磨和清洗；
[0012]步驟2:將工件置于焊接平臺上，調整接縫位置使之與焊槍鎢極尖端行走路線重合，然后利用夾具將其固定；
[0013]步驟3:調整雙熔化極電弧焊槍參數(shù)，確保兩側MIG焊炬對稱置于TIG焊炬兩側，使兩側MIG焊炬位于同一高度，其焊絲尖端距母材距離為2-10mm，焊絲與鎢極之間的距離為2-8mm，鎢極距工件的高度為3-lOmm ；
[0014]步驟4:設定焊接工藝參數(shù):恒流電源的電流在0-300A之間，恒壓電源的焊接電流在50-500A之間、焊接電壓為15-30V，焊接速度為10-200cm/min之間，MIG焊炬氣體流量為8-30L/min, TIG 焊炬氣體流量為 4_15L/min ；
[0015]步驟5:開啟恒流電源和恒壓電源，引燃焊接電弧，這這樣兩側MIG焊炬和TIG焊炬之間形成了一個穩(wěn)定的耦合電弧，進而熔化焊絲，焊接工件。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]1、該焊槍及其焊接方法可以實現(xiàn)高熔敷率(是常規(guī)MIG焊的2-3倍)的同時減少作用于工件的熱輸入，減小工件的焊接變形，極大地改善焊接質量，擴大了焊接工藝規(guī)范區(qū)間，是一種高效、低熱輸入的焊接新工藝，尤其在中厚板的焊接中具有明顯優(yōu)勢。
[0018]2、采用兩側雙熔化極、中間非熔化焊槍的獨特組合方式，可形成了一個穩(wěn)定、對稱、均一的耦合電弧，該電弧能量密度更高、電弧剛直性好、電磁力分布更集中。同時，熱源呈對稱分布，減小了焊接飛濺、改善了焊縫成形，極大地提高了焊接質量，是一種穩(wěn)定、實用的焊接工藝。
[0019]3、該方法在本質上屬于電弧焊的改型，所以它也是一種低成本的高效焊接方法。應用在焊接生廣中，將大大提聞生廣效率、降低焊接成本、提聞焊接質量，可以實現(xiàn)聞效、優(yōu)質和低成本焊接，具有很大的工程實用價值。
[0020]4、由于具有焊接熱輸入低、焊絲熔敷效率高、焊接變形小等特點，該焊槍及其焊接方法既適用于同種金屬材料的高效焊接，更適合異種金屬(如T1-Al、Fe-Al、Fe-Mg等)的焊接或堆焊。
[0021]5、該系統(tǒng)焊接工藝穩(wěn)定并具有很強的焊接適應性，根據(jù)實際焊接需求，焊接位置可以是平焊，也可以為其它位置焊(如立焊等)；根據(jù)焊接金屬的性質，熔化極氣體電弧焊的保護氣體既可為Ar，也可為C02或混合氣體等，能夠廣泛應用于多種金屬結構的焊接過程中。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明焊槍組成示意圖；
[0023]圖2是調節(jié)機構的局部放大圖；
[0024]圖3是單恒壓電源雙熔化極焊接方法原理圖；
[0025]圖4是雙恒壓電源雙熔化極焊接方法原理圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0027]本發(fā)明涉及一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍及其焊接方法，為了實現(xiàn)目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0028]該焊槍由兩個熔化極氣體保護電弧焊炬(MIG焊炬1、MIG焊炬II)和一個非熔化極氣體保護電弧焊炬(TIG焊炬)及相關機械調節(jié)結構組成。將輔助外套固定在TIG焊炬上，通過連接套筒與兩側MIG焊炬相連接。在兩側MIG焊炬和TIG焊炬之間的螺桿是通過一個配合有內螺紋的旋轉套筒連接，當套筒向一個方向旋轉時，兩個螺桿同時相互靠近，反之，同時遠離，這樣可實現(xiàn)MIG焊炬和TIG焊炬左右距離的調節(jié)。同時，在MIG焊炬上有固定外管螺紋，通過調節(jié)手輪和調節(jié)齒輪組件實現(xiàn)MIG焊炬相對TIG焊炬的上下運動。當MIG、TIG焊炬之間的距離調節(jié)結束后，利用固定夾具將三把焊炬連接在一起。
[0029]為了保證焊接效果，發(fā)揮該焊槍的最佳效果，需保證兩側MIG焊炬對稱置于TIG焊炬兩側。焊接時，兩側MIG焊炬既可同時連接于同一恒壓焊接電源的正極，也可以分別與兩個恒壓電源的正極相連。同時，TIG焊炬與恒流電源的負極相連，引燃電弧后，該焊槍和工件之間形成性質均一、形狀對稱、高電流密度、低電弧壓力、穩(wěn)定的耦合電弧。雙絲耦合電弧可以在相同時間內熔化更多焊絲，提高熔敷率；TIG焊炬一方面增大了焊絲的熔化電流，另一方面作為旁路來分流一部分通過母材的焊接電流；MIG焊炬和TIG焊炬由獨立電源各自供電，具有更大的焊接參數(shù)調節(jié)范圍。因此，該組合焊槍及其焊接方法可以實現(xiàn)高熔敷率焊接(是常規(guī)MIG焊的2-3倍)的同時減少作用于工件的熱輸入，減小工件的焊接變形，極大地改善焊接質量，擴大了焊接工藝規(guī)范區(qū)間，是一種高效焊接新工藝，尤其在中厚板的焊接中具有明顯優(yōu)勢。
[0030]該裝置在調節(jié)好焊接工藝之后，其使用方法類似于一把單獨的熔化極電弧焊槍，非常方便靈活。具體實施步驟如下:
[0031]步驟1:將工件的待焊部位根據(jù)需要加工成I形、Y形或V形坡口，并對其兩側表面進行打磨和清洗；
[0032]步驟2:將工件置于焊接平臺上，調整接縫位置使之與TIG焊槍鎢極尖端行走路線重合，然后利用夾具將其固定；
[0033]步驟3:調整雙熔化極電弧焊槍參數(shù)，確保兩側MIG焊炬對稱置于TIG焊炬兩側，使兩側MIG焊炬位于同一高度，其焊絲尖端距母材距離為2-10mm，焊絲與鎢極之間的距離為2-8mm，鎢極距工件的高度為3-lOmm ；
[0034]步驟4:設定焊接工藝參數(shù)，恒壓電源的焊接電流在50-500A之間，焊接電壓為15-30V，恒流電源的電流在0-300A之間，焊接速度為10-200cm/min之間，MIG焊炬氣體流量為8-30L/min，TIG焊槍氣體流量為4_15L/min ；[0035]步驟5:開啟焊接電源，引燃焊接電弧，這樣兩側MIG焊炬和TIG焊炬之間形成了一個穩(wěn)定的耦合電弧，進而熔化焊絲，焊接工件。
[0036]圖1是本發(fā)明的焊槍組成示意圖，主要由直把TIG焊炬1、兩側MIG焊炬2、固定夾具3、TIG焊炬輔助外套7、調節(jié)手輪9、調節(jié)齒輪組件10和連接套筒(內螺紋)11等組成。將輔助外套7固定在直把TIG焊炬1上，通過連接套筒11與兩側MIG焊炬2相連接。旋轉連接套筒(內螺紋)11可實現(xiàn)MIG焊炬2和TIG焊炬1左右距離的調節(jié)；旋轉調節(jié)手輪9和調節(jié)齒輪組件10可以實現(xiàn)MIG焊炬2相對TIG焊炬1的上下運動。當MIG、TIG焊炬之間的距離調節(jié)結束后，利用固定夾具3將三支焊炬連接在一起。焊炬之間的遠、近、高、低調節(jié)機構放大圖見附圖二，通過連接套筒內螺紋13和螺桿外螺紋14之間的咬合即可實現(xiàn)MIG焊炬2和TIG焊炬1之間左右距離的調節(jié)。
[0037]圖3和圖4是本發(fā)明的具體施焊方法原理圖，根據(jù)兩個熔化極焊炬是否獨立供電，可分為單恒壓電源雙熔化極焊接方法(附圖三)和雙恒壓電源雙熔化極焊接方法(附圖四)。為了保證焊接效果，發(fā)揮該焊槍的最佳效果，需保證兩側MIG焊炬對稱置于TIG焊炬兩側，TIG焊炬與恒流電源的負極相連。該裝置在調節(jié)好焊接工藝之后，其使用方法類似于一把普通單熔化極電弧焊槍，非常方便靈活。具體施焊步驟如下:
[0038]步驟1:將工件17的待焊部位根據(jù)需要加工成I形、Y形或V形坡口，并對其兩側表面進行打磨和清洗；
[0039]步驟2:將工件17置于焊接平臺上，調整接縫位置使之與TIG焊槍鎢極尖端行走路線重合，然后利用夾具將其固定；
[0040]步驟3:調整雙熔化極電弧焊槍參數(shù)，確保兩側MIG焊炬對稱置于TIG焊炬兩側，使兩側MIG焊炬位于同一高度，其焊絲尖端距母材距離為2-10mm，焊絲與鎢極之間的距離為2-8mm，鎢極距工件的高度為3-lOmm ；
[0041]步驟4:設定焊接工藝參數(shù):恒流電源15的電流在0-300A之間，恒壓電源16的焊接電流在50-500A之間、焊接電壓為15-30V，焊接速度為10-200cm/min之間，MIG焊炬氣體流量為8-30L/min，TIG焊炬氣體流量為4_15L/min ；
[0042]步驟5:開啟恒流電源15和恒壓電源16，引燃焊接電弧，這這樣兩側MIG焊炬和TIG焊炬之間形成了一個穩(wěn)定的耦合電弧，進而熔化焊絲，焊接工件。
【權利要求】
1.一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍，其特征在于:輔助外套上固定非熔化極氣體保護電弧焊炬，輔助外套兩側有螺桿，調節(jié)齒輪組件上固定熔化極氣體保護電弧焊炬，一端有螺桿，調節(jié)齒輪組件上的螺桿與輔助外套兩側的螺桿通過有內螺紋的連接套筒連接在一起；通過連接套筒將兩個熔化極氣體保護電弧焊炬連接在非熔化極氣體保護電弧焊炬的兩側；熔化極氣體保護電弧焊炬和非熔化極氣體保護電弧焊炬之間安裝有固定兩個固定夾具；調節(jié)齒輪組件的另一端有旋轉調節(jié)手輪，熔化極氣體保護電弧焊炬上有與旋轉調節(jié)手輪相配合的鋸齒結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍，其特征在于:所述的熔化極氣體保護電弧焊炬為MIG焊炬，非熔化極氣體保護電弧焊炬為TIG焊炬。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍，其特征在于:熔化極氣體保護電弧焊炬和非熔化極氣體保護電弧焊炬連接在恒壓電源上。
4.一種基于熱輸入控制的雙熔化極電弧焊槍的焊接方法，其特征在于:步驟1:將工件的待焊部位根據(jù)需要加工成I形、Y形或V形坡口，并對其兩側表面進行打磨和清洗；步驟2:將工件置于焊接平臺上，調整接縫位置使之與焊槍鎢極尖端行走路線重合，然后利用夾具將其固定；步驟3:調整雙熔化極電弧焊槍參數(shù)，確保兩側MIG焊炬對稱置于TIG焊炬兩側，使兩側MIG焊炬位于同一高度，其焊絲尖端距母材距離為2-10mm，焊絲與鎢極之間的距離為2-8mm，鎢極距工件的高度為3_10mm ；步驟4:設定焊接工藝參數(shù):恒流電源的電流在0-300A之間，恒壓電源的焊接電流在50-500A之間、焊接電壓為15-30V，焊接速度為10-200cm/min之間，MIG焊炬氣體流量為8-30L/min, TIG 焊炬氣體流量為 4_15L/min ；步驟5:開啟恒流電源和恒壓電源，引燃焊接電弧，這這樣兩側MIG焊炬和TIG焊炬之間形成了一個穩(wěn)定的耦合電弧，進而熔化焊絲，焊接工件。
【文檔編號】B23K9/32GK103737158SQ201310749801
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】苗玉剛, 徐向方, 韓端鋒, 王博雅 申請人:哈爾濱工程大學