專利名稱：一種控制熱輸入的電弧焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其涉及對(duì)熱輸入敏感的異種金屬材料之間焊接方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中材料的應(yīng)用要綜合考慮性能、成本和制造工藝等各方面的因素， 單一材料往往不能滿足實(shí)際應(yīng)用中的各種要求，隨著輕量化在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，鋁-鋼、鎂-鋼、鎂-鋁、鋁-鈦等輕金屬與鋼及輕金屬之間的焊接顯得尤為必要。而已有研究表明輕金屬與鋼及輕金屬之間的焊接中最關(guān)鍵的問題是能夠精確控制焊接熱輸入，最大程度減少接頭界面有害的金屬間化合物的產(chǎn)生，得到最佳焊接效果。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用釬焊、激光焊、電子束焊、擴(kuò)散焊、摩擦焊等熱輸入可控的焊接方法能夠?qū)崿F(xiàn)輕金屬與鋼及輕金屬之間焊接，但普遍存在成本高、應(yīng)用場(chǎng)合受限，焊接效率低等缺點(diǎn)，限制了它們的推廣和應(yīng)用。因此如何利用靈活方便而又成本低的電弧焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)輕金屬與鋼及輕金屬之間的可靠焊接并推動(dòng)輕量化復(fù)合結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用具有重要的工程意義。然而應(yīng)用最為廣泛的傳統(tǒng)電弧焊方法由于對(duì)電弧過程、熔滴過渡、母材熱輸入等難以精確控制，將其用于對(duì)熱輸入敏感的輕金屬與鋼及輕金屬之間的焊接時(shí)效果往往欠佳。近年來國(guó)外在傳統(tǒng)電弧焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的精確控制型電弧焊方法和工藝如Fronius 的CMT (冷金屬過渡)弧焊技術(shù)、EWM的Cool-Arc、CLOOS的QUINTO CP等弧焊技術(shù)等獲得了新的發(fā)展，并在鋁與鋼異種金屬焊接領(lǐng)域顯示出獨(dú)特的活力，但仍然存在設(shè)備機(jī)械或主電路控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、工藝調(diào)節(jié)范圍窄等缺點(diǎn)。因此研究新型低成本精確控制型電弧焊方法解決輕金屬與鋼及輕金屬之間的焊接問題成為迫切的工程需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的焊接熱輸入和熔滴過渡過程具有精確調(diào)節(jié)能力的電弧焊方法，用于實(shí)現(xiàn)鋁-鋼、鎂-鋼、鎂-鋁、鋁-鈦等對(duì)熱輸入敏感的輕金屬與鋼及輕金屬之間的有效焊接。本發(fā)明是一種控制熱輸入的電弧焊方法，采用兩路電弧回路-主電弧回路和分流電弧回路，其中主電弧用于熔化焊絲和母材，利用分流電弧從焊絲與母材之間的主電弧弧柱中分流部分流入母材的電流，從而實(shí)現(xiàn)在高的焊絲熔化電流的條件下同時(shí)降低母材的熱輸入并進(jìn)行控制。本發(fā)明的效果在于精確控制焊接熱輸入和熔滴過渡的穩(wěn)定性，合理調(diào)節(jié)熔滴過渡方式和焊接溫度場(chǎng)的分布，從而有效抑制輕金屬與鋼及輕金屬之間焊接時(shí)界面處脆性金屬間化合物的生成，實(shí)現(xiàn)鋁-鋼、鎂-鋼、鎂-鋁、鋁-鈦等對(duì)熱輸入敏感的輕金屬與鋼及輕金屬之間的有效焊接。試驗(yàn)表明，采用本發(fā)明進(jìn)行鋁-鋼、鋁-鎂焊接時(shí)，能有效控制接頭界面處金屬間化合物層的生成，焊接接頭強(qiáng)度能達(dá)到母材強(qiáng)度的80%以上，焊縫成形美觀。


圖1為本發(fā)明熱輸入可精確控制的電弧焊方法的示意圖。圖2為鋁合金或鎂合金與鍍鋅鋼板搭接結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為鋁合金或鎂合金，2 為鍍鋅鋼板，L為搭接寬度。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明是一種控制熱輸入的電弧焊方法，采用兩路電弧回路-主電弧回路和分流電弧回路，其中主電弧用于熔化焊絲和母材，利用分流電弧從焊絲與母材之間的主電弧弧柱中分流部分流入母材的電流，從而實(shí)現(xiàn)在高的焊絲熔化電流的條件下同時(shí)降低母材的熱輸入并進(jìn)行控制。主電弧回路由主電弧脈沖電源供電，由MIG焊槍及送絲機(jī)實(shí)現(xiàn)焊絲送進(jìn)和主電弧燃燒；分流電弧回路由分流電弧脈沖電源供電，由TIG焊槍實(shí)現(xiàn)分流電弧燃燒，兩套電源供電系統(tǒng)采用分體式，或一體式結(jié)構(gòu)。主電弧回路和分流電弧回路按照以下方式連接主電弧脈沖電源正極與分流電弧脈沖電源正極連接在一起并與MIG焊槍焊絲導(dǎo)電嘴相連；主電弧脈沖電源負(fù)極與被焊工件連接；分流電弧脈沖電源負(fù)極與TIG焊槍鎢極導(dǎo)電嘴相連。分流電弧的TIG焊槍在主弧的MIG焊槍側(cè)方安裝，兩槍軸線在同一平面，兩槍角度 20 60度，使主電弧和分流電弧按照以下方式耦合主電弧在焊絲和被焊工件之間燃燒， 且焊絲為主電弧的陽(yáng)極，工件為主電弧的陰極；分流電弧在鎢極和主電弧弧柱區(qū)之間燃燒， 且主電弧的弧柱區(qū)為分流電弧的陽(yáng)極，鎢極為分流電弧的陰極。根據(jù)以上所述的控制熱輸入的電弧焊方法，主電弧與分流電弧的脈沖電流波形相位和周期是同步的，在主弧加熱功率一定的條件下，通過調(diào)節(jié)分流電弧的脈沖參數(shù)調(diào)整母材熱輸入的大小。實(shí)施例1.鋁合金與鍍鋅鋼板異種金屬材料的電弧焊所采用的鋁合金母材為2mm厚的5052鋁合金板，鍍鋅板的基體為Q235鋼，鍍鋅板厚度為2mm，尺寸均為30mmX 10mm，焊接方法采用本發(fā)明提出的熱輸入可控的電弧焊方法， 焊絲為直徑1. 2mm的鋁硅焊絲ER4043，其焊接工藝步驟如下(1)施焊前，用丙酮去除待焊工件表面油污，用不銹鋼絲刷去除待焊工件表面氧化膜；(2)將待焊工件固定在焊接夾具上，接頭采用搭接形式，鋁合金板1在上，鍍鋅鋼板2在下，搭接寬度L為20mm，如圖2所示；(3)主路電弧與分流電弧夾角呈40°，所用鎢極直徑3. 0mm，鎢極尖端夾角為 30° ；保護(hù)氣采用氬氣，主路電弧保護(hù)氣流量為20L/min，分流電弧保護(hù)氣流量為5L/min ；(4)主路平均電流24A(峰值電流195A，基值電流5A，占空比10%，脈沖頻率 80Hz)，旁路平均電流33A (峰值電流150A，基值電流20A，占空比10 %，脈沖頻率80Hz)，焊接速度為0. 6m/min ；(5)將焊絲尖端對(duì)準(zhǔn)搭接部位鋁合金邊緣進(jìn)行焊接，導(dǎo)電嘴到工件距離15mm，啟動(dòng)開關(guān)進(jìn)行焊接；(6)施焊到工件末端，關(guān)閉焊接開關(guān)，焊接過程結(jié)束。
實(shí)施例2.鎂合金與鍍鋅鋼板異種金屬材料的電弧焊所采用的鎂合金母材為2mm厚的變形鎂合金AZ31B，鍍鋅板的基體為Q235鋼，鍍鋅板厚度為2mm，焊接方法采用本發(fā)明提出的熱輸入可控的電弧焊方法，焊絲為直徑1. 2mm的鎂合金焊絲AZ92A，其焊接工藝步驟如下(1)施焊前，用丙酮去除待焊工件表面油污，用不銹鋼絲刷去除待焊工件表面氧化膜；(2)將待焊工件固定在焊接夾具上，接頭采用搭接形式，鎂合金板1在上，鍍鋅鋼板2在下，搭接寬度L為20mm，如圖2所示；(3)主路電弧與分流電弧夾角呈40°，所用鎢極直徑3. 0mm，鎢極尖端夾角為 30° ；保護(hù)氣采用氬氣，主路電弧保護(hù)氣流量為20L/min，分流電弧保護(hù)氣流量為5L/min ；(4)主路平均電流32A(峰值電流140A，基值電流5A，占空比20%，脈沖頻率 80Hz)，旁路平均電流36A (峰值電流100A，基值電流20A，占空比20 %，脈沖頻率80Hz)，焊接速度為0. 8m/min ；(5)將焊絲尖端對(duì)準(zhǔn)搭接部位鎂合金邊緣進(jìn)行焊接，導(dǎo)電嘴到工件距離15mm，啟動(dòng)開關(guān)進(jìn)行焊接；(6)施焊到工件末端，關(guān)閉焊接開關(guān)，焊接過程結(jié)束。經(jīng)采用實(shí)施例1和實(shí)施2中所述方法焊接的鋁-鋼、鎂-鋼異種金屬焊接的焊縫成形美觀，焊接接頭的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了母材拉伸強(qiáng)度的80%以上。另外，本發(fā)明還可用于例如鎂-鋁、鋁-鈦等異種輕金屬之間的焊接。
權(quán)利要求
1.一種控制熱輸入的電弧焊方法，其特征在于采用兩路電弧回路-主電弧回路和分流電弧回路，其中主電弧用于熔化焊絲和母材，利用分流電弧從焊絲與母材之間的主電弧弧柱中分流部分流入母材的電流，從而實(shí)現(xiàn)在高的焊絲熔化電流的條件下同時(shí)降低母材的熱輸入并進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制熱輸入的電弧焊方法，其特征在于主電弧回路由主電弧脈沖電源供電，由MIG焊槍及送絲機(jī)實(shí)現(xiàn)焊絲送進(jìn)和主電弧燃燒；分流電弧回路由分流電弧脈沖電源供電，由TIG焊槍實(shí)現(xiàn)分流電弧燃燒，兩套電源供電系統(tǒng)采用分體式，或一體式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制熱輸入的電弧焊方法，其特征在于主電弧回路和分流電弧回路按照以下方式連接主電弧脈沖電源正極與分流電弧脈沖電源正極連接在一起并與 MIG焊槍焊絲導(dǎo)電嘴相連；主電弧脈沖電源負(fù)極與被焊工件連接；分流電弧脈沖電源負(fù)極與TIG焊槍鎢極導(dǎo)電嘴相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制熱輸入的電弧焊方法，其特征在于分流電弧的TIG焊槍在主弧的MIG焊槍側(cè)方安裝，兩槍軸線在同一平面，兩槍角度20 60度，使主電弧和分流電弧按照以下方式耦合主電弧在焊絲和被焊工件之間燃燒，且焊絲為主電弧的陽(yáng)極，工件為主電弧的陰極；分流電弧在鎢極和主電弧弧柱區(qū)之間燃燒，且主電弧的弧柱區(qū)為分流電弧的陽(yáng)極，鎢極為分流電弧的陰極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的控制熱輸入的電弧焊方法，其特征在于主電弧與分流電弧的脈沖電流波形相位和周期是同步的，在主弧加熱功率一定的條件下，通過調(diào)節(jié)分流電弧的脈沖參數(shù)調(diào)整母材熱輸入的大小。
全文摘要
一種控制熱輸入的電弧焊方法，其目的在于提供一種低成本的焊接熱輸入和熔滴過渡過程具有精確調(diào)節(jié)能力的電弧焊方法，用于實(shí)現(xiàn)鋁-鋼、鎂-鋼、鎂-鋁、鋁-鈦等對(duì)熱輸入敏感的輕金屬與鋼及輕金屬之間的有效焊接；采用兩路電弧回路-主電弧回路和分流電弧回路，其中主電弧用于熔化焊絲和母材，利用分流電弧從焊絲與母材之間的主電弧弧柱中分流部分流入母材的電流，從而實(shí)現(xiàn)在高的焊絲熔化電流的條件下同時(shí)降低母材的熱輸入并進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)B23K9/16GK102500873SQ20111034739
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者盧立暉, 樊丁, 石玗, 黃健康 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)