一种无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法

摘要

本发明涉及一种无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，本装置是在稳定燃烧的非熔化极焊接电弧下，从侧面添加一根焊丝，焊丝与工件之间没有电源回路，将焊丝和钨极连接于一个恒压源的两个输出端，在焊丝与钨极之间引燃旁路分叉电弧来熔化焊丝，焊丝端部熔化后形成熔滴，熔滴长大后其底部与熔池接触，平稳的流入熔池并与焊丝端部脱离，然后周期性的长大，流入熔池，脱离，为一种无电熔滴过渡的复合焊接方法。这种熔滴过渡方式从根本上杜绝了焊接飞溅的产生，同时这种焊接方法可以分别控制对工件的热输入和熔敷效率，实现高效优质焊接。

权利要求

1.一种采用无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置的焊接方法，该装置包括非熔化极焊枪(1)、熔化极焊枪(2)、恒定电压电源(4)、恒定电流电源(5)；其中，非熔化极焊枪(1)的钨极与工件(3)形成的非熔化极焊接电弧作为系统的主弧(6)，熔化极焊枪(2)的焊丝与非熔化极焊枪(1)的钨极形成的熔化极焊接电弧作为旁路分叉电弧(7)；非熔化极焊枪(1)的钨极接恒定电流电源(5)输出端的负端，工件(3)接恒定电流电源(5)输出端的正端；非熔化极焊枪(1)的钨极接恒定电压电源(4)电源输出端的负端，熔化极焊枪(2)的焊丝接恒定电压电源(4)电源输出端的正端；其特征在于：主弧(6)用来熔化工件(3)，旁路分叉电弧(7)用来熔化焊丝，旁路分叉电弧(7)位于主弧(6)下方，并与主弧(6)成一定角度，两个电弧相互作用形成分叉复合电弧焊接，焊丝端部在旁路分叉电弧的作用下熔化后形成熔滴，熔滴长大后其底部与熔池接触，平稳的流入熔池并与焊丝端部脱离，然后周期性的长大，并与工件(3)结合；熔化极焊枪(2)与工件(3)没有电源回路，即无电熔滴过渡；所述非熔化极焊枪(1)的钨极与熔化极焊枪(2)的焊丝的夹角设置为45°，非熔化极焊枪(1)的钨极与工件(3)的夹角设置为90°；恒定电压电源(4)的输出电压为14V，电流为60A；恒定电流电源(5)的输出电流为100A，焊接速度为0.7m/min，非熔化极焊枪(1)的钨极的保护气为氩气，气流量为20L/min；主弧和旁路分叉电弧的电弧能量分别独立进行调节，从而对工件的热输入和焊丝熔化效率单独控制。

说明书

一种无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无电熔滴过渡的复合电弧焊接装置及方法，其具体涉及一种多电极的分叉复合电弧焊接，属于焊接领域。

背景技术

[0002] 气体保护焊是当今世界的主要焊接方法之一。熔化极气体保护焊焊接时，焊丝不断地被电弧加热、熔化，形成熔滴并向熔池过渡，和熔化的母材金属相互融合，冷凝后形成焊缝。焊接的熔滴过渡特性对焊接质量尤其是焊接生产率有着直接的影响。

[0003] 短路过渡的焊接方法是工业生产中一种重要的方法，尤其是在全位置焊接、较薄工件的焊接工艺中有着广泛的应用。气体保护焊就是典型的短路过渡焊接方法，是在工业生产中应用广泛的低成本的工艺方法。但是，短路过渡焊接方法存在着个严重的缺点，就是焊接过程飞溅很大。焊接飞溅会导致焊接质量下降、影响工件的美观、恶化劳动条件和污染环境。同时，焊接飞溅物还会对产品产生其他不良影响。

[0004] 为了实现无电熔滴过渡和良好的冶金连接，奥地利的Fronius公司开发了冷金属过渡焊接(CMT)技术。CMT技术第一次将送丝与焊接过程控制直接地联系起来。当数字化的过程控制监测到一个短路信号，就会反馈给送丝机，送丝机做出回应回抽焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离。在全数字化的控制下，这种过渡方式完全区别于传统的熔滴过渡方式。CMT技术最显著的特点就是低热输入量和无飞溅过渡。CMT技术实现了无电流状态下的熔滴过渡。当短路电流产生，焊丝即停止前进并电弧引燃，熔滴向熔滴进入熔池，电弧熔池过渡熄灭，电流减小自动地回抽。在这种方式中，电弧自身输入热量的过程很短，短路发生，电弧即熄灭，热输入量迅速地减少。整个焊接过程即在冷热交替中循环往复。在短路状态下焊丝的回抽运动帮助焊丝与熔滴分离。通过对短路的控制，保证短路电流很小，从而使得熔滴过渡无飞溅。

[0005] 美国林肯公司近几年开发了STT新型焊接工艺方法。STT是一种以表面张力为熔滴主要过渡力的熔化极气体保护电弧焊。STT电源具有波形控制功能，根据熔滴的不同过渡过程，控制电流、电压的波形，即焊接电源能自动调节焊接电流和电弧电压达到电弧所需的瞬时热量。确保焊接电弧的稳定燃烧和有效地控制焊缝成形。STT焊接工艺特点：①电弧燃烧稳定；②引弧容易；③烟尘和噪声小；④飞溅极小；⑤焊缝成形美观；⑥焊接成本较低；⑦操作容易；⑧焊接效率较高；

[0006] 这两种方法从一定程度上减小了焊接飞溅，并没有从根本上解决飞溅的问题，并且其控制复杂，设备价格较高，难于推广。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提出了一种无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，该装置及方法通过非熔化极焊接作为主弧，熔化极焊接作为旁路分叉电弧，两个电弧相互作用形成复合电弧焊接，不仅减小了对工件的热输入量，而且提高了焊丝熔化效率，使焊接熔敷率大大提高，最主要的是该装置及方法从根本上杜绝了焊接飞溅的产生，焊接过程稳定。

[0008] 本发明采取了如下的技术方案。在稳定燃烧的非熔化极焊接电弧下，从侧面添加一根焊丝，焊丝与工件之间没有电源回路，将焊丝和钨极连接于一个恒压源的两个输出端，在焊丝与钨极之间引燃旁路分叉电弧来熔化焊丝，焊丝端部熔化后形成熔滴，熔滴长大后其底部与熔池接触，平稳的流入熔池并与焊丝端部脱离，然后周期性的长大，流入熔池，脱离，为一种无电熔滴过渡的复合焊接装置及方法。

[0009] 所述的无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，非熔化极焊接作为系统的主弧，熔化极焊接作为系统的旁路分叉电弧，两个电弧共同作用形成复合电弧焊接。主弧建立在非熔化极和工件之间来熔化工件，旁路分叉电弧建立在熔化极的焊丝和钨极之间来熔化焊丝，旁路分叉电弧位于主弧下方，并与主弧成一定角度，两个电弧进行共同工作；

[0010] 所述的无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，主弧为非熔化极焊枪，可以为非熔化极惰性气体保护焊接(GTAW)或等离子焊接(PAW)的焊枪，主弧为恒定电流电源供电；

[0011] 所述的无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，旁路为熔化极焊枪，旁弧分叉电弧为恒定电压电源供电；

[0012] 所述的无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，主弧的连接方式为：钨极接电源输出端的负端，工件接电源输出端的正端；旁路分叉电弧的连接方式为：钨极接电源输出端的负端，焊丝接电源输出端的正端；

[0013] 所述的无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接装置及方法，焊丝与工件之间没有电源回路，其熔滴过程为焊丝端部在旁路分叉电弧的作用下熔化后形成熔滴，熔滴长大后其底部与熔池接触，平稳的流入熔池并与焊丝端部脱离，然后周期性的长大，流入熔池，脱离，整个过渡过程平稳，无飞溅。

[0014] 与现有技术相比，本发明采用的分叉电弧复合焊接方法具有以下优点：

[0015] 1分叉电弧复合焊接过程稳定，无飞溅产生，电弧稳定性强。

[0016] 2可以分别控制对工件的热输入和熔敷效率，实现高效优质焊接。

[0017] 3焊接方法成本低，控制简单，易于实现，可操作性强，能够适应多种环境，应用广泛。

附图说明

[0018] 附图1为无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接方法系统连接示意图。

[0019] 附图2为复合焊接过程中的熔滴过渡高速摄像(每张图片间隔时间0.01s)。

[0020] 图中：1、非熔化极焊枪的钨极，2、熔化极焊枪的焊丝，3、工件，4、恒定电压电源，5、恒定电流电源，6、主弧，7、旁路分叉电弧，α、非熔化极焊枪的钨极与熔化极焊枪的焊丝的夹角，β、非熔化极焊枪的钨极与工件的夹角，①— 复合焊接过程中的熔滴过渡高速摄像的图片编号。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明的实例进行详细说明，本实例在本发明技术方法的前提下进行实施，给出了详细的实施方法和具体的熔滴过渡摄像图片，但发明的保护范围不限于下述实例。

[0022] 图1为无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接方法系统连接示意图。非熔化极焊枪1的钨极与工件3形成的非熔化极焊接电弧作为系统的主弧6，熔化极焊枪2的焊丝与非熔化极焊枪1的钨极形成的熔化极焊接电弧作为旁路分叉电弧7。主弧6为恒定电流电源5供电，主要来熔化工件3，旁路分叉电弧7位于主弧6下方，为恒定电压电源4供电，主要来熔化熔化极焊枪2的焊丝，并与主弧6成一定角度θ，两个电弧相互作用形成复合电弧焊接；

[0023] 所述的无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接方法，主弧6的连接方式为：非熔化极焊枪1的钨极接恒定电流电源5输出端的负端，工件3接恒定电流电源5输出端的正端；旁路分叉电弧7的连接方式为：非熔化极焊枪1的钨极接恒定电压电源4电源输出端的负端，熔化极焊枪2的焊丝接恒定电压电源4电源输出端的正端；

[0024] 非熔化极焊枪1的钨极与熔化极焊枪2的焊丝的夹角α为45°，非熔化极焊枪1的钨极与工件3的夹角为90°，恒定电压电源4的输出电压为14V，电流为60A；恒定电流电源5的输出电流为100A，焊接速度为0.7m/min(米每分钟)，非熔化极焊枪1的钨极的保护气为氩气，气流量为20L/min(升每分钟)。

[0025] 在上述参数下，首先对工件3进行焊前的机械或化学清理。然后在非熔化极焊枪1的钨极与工件3之间引燃主弧6，等主弧6稳定燃烧后，送入熔化极焊枪2的焊丝，引燃旁路分叉电弧7，两个电弧发生交互耦合进行复合焊接。

[0026] 附图2是无电熔滴过渡的分叉复合电弧焊接过程中的熔滴过渡高速摄像，其中每张图片间隔时间0.01s。图片①为熔滴过程的周期的开始，图片①— 为熔滴的长大过程，图片 熔滴底部开始接触熔池，图片 熔滴平缓的流入熔池中，图片 熔滴全部流入熔池后与熔池脱离，然后继续下一个周期过程。由图片①— 可以明显的观察到整个熔滴过渡过程平稳，焊接过程中无飞溅。