雙絲間接電弧交替旁路的焊接方法
【專利摘要】雙絲間接電弧交替旁路的焊接方法，屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法打破傳統(tǒng)弧焊的限制，在提高熔敷量的同時(shí)降低焊接熱輸入，可以實(shí)現(xiàn)熔敷量和熱輸入分開調(diào)節(jié)。兩根焊絲以一定的夾角由兩個(gè)送絲機(jī)送進(jìn)并位于工件的上方，兩根焊絲與交流焊接電源的兩個(gè)電極相連并建立間接電弧；換向開關(guān)與直流焊接電源正極連接，換向開關(guān)的另兩端分別與兩根焊絲連接，直流焊接電源負(fù)極連接工件，換向開關(guān)使兩焊絲和被焊工件之間依次交替建立主電弧，換向開關(guān)交替換向工作調(diào)整焊絲上的電流方向，換向開關(guān)的換向頻率和交流焊接電源的輸出頻率一致，并保證兩個(gè)焊接電源同時(shí)在同一焊絲上的電流流向相同，間接電弧交替變化形成旁路電弧，間接電弧和主電弧共同工作完成焊接。
【專利說明】雙絲間接電弧交替旁路的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙絲間接電弧交替旁路的焊接方法，是一種多電極耦合電弧焊接方法，屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代加工制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)過程中，焊接技術(shù)已經(jīng)成為一種重要的加工工藝。隨著新材料的應(yīng)用，對(duì)焊接技術(shù)提出了更高的要求，現(xiàn)代焊接技術(shù)向高效、優(yōu)質(zhì)、低耗方向發(fā)展，對(duì)焊接方法的生產(chǎn)率和熱輸入控制提出了越來越高的要求。高效化焊接的主要途徑:一是提高焊接速度；二是提高熔敷速度，但是這兩方面的提高最終要?dú)w結(jié)為焊接電流的大幅提高。傳統(tǒng)的焊接工藝中，焊絲熔敷速度和熱輸入存在固有的局限，焊絲熔敷速度和熱輸入是不可解耦的，隨著焊接電流的增大必然會(huì)增大焊接的熱輸入，造成焊接質(zhì)量的下降。提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，減少熱輸入減少缺陷是現(xiàn)代焊接界的研究熱點(diǎn)。
[0003]近年來推出了大量的新型焊接工藝，例如:Tandem焊、CMT焊、多絲并聯(lián)焊、Coldarc焊等等，雖然焊接熱輸入和焊接效率得到了提高，但是依舊沒有從根本上改變傳統(tǒng)的電弧模式:電弧的能量一部分用來熔化焊絲形成熔滴過渡到工件上，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。這些新型的焊接工藝的焊接電流減小使焊接電弧不穩(wěn)定，過程控制難度增加，焊接設(shè)備成本增加。
[0004]現(xiàn)有的焊接電弧模式不能徹底改變固有的能量分配，美國(guó)肯塔基大學(xué)張?jiān)Ｃ鹘淌谕瞥隽?By-pass和Arcing-wire兩種新型復(fù)合焊接方法，GTAff和GMAW兩個(gè)電弧共同工作完成焊接，該焊接方法打破原有焊接電弧固有的搭配，實(shí)現(xiàn)熱輸入和金屬熔敷分開調(diào)節(jié)。但是，上述兩種焊接方法中GMAW的焊絲接電源輸出的正極(DCEP)電弧穩(wěn)定性好，焊絲熔化和熔滴過渡均勻，但焊絲熔化速度相對(duì)較低。而當(dāng)焊絲接接電源輸出的負(fù)極(DCEN)時(shí)，焊縫熔深淺，焊絲產(chǎn)熱相對(duì)DCEP要高，焊絲的熔敷速度快，其熔化速度是DCEP的1.5倍。現(xiàn)有的焊接工藝中多是采用DCEP的接法，僅有交流MIG和CMTADVANCED等方法是可以充分利用電弧負(fù)極(DCEN)產(chǎn)熱量多的優(yōu)點(diǎn)來熔化更多的焊絲完成焊接過程，但是焊接設(shè)備成本很高。
[0005]本發(fā)明專利是一種增加焊絲的熔敷速度，同時(shí)能夠提高能量利用效率的新型熔化極焊接方法，實(shí)現(xiàn)焊接過程熱輸入和熔敷速度的自由調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有電弧模式中提高焊絲熔敷速度和減少熱輸入二者之間的矛盾關(guān)系，提出一種增加焊接熔敷速度和減少電弧熱輸入的焊接方法。
[0007]本發(fā)明中采用直流焊接電源連接在焊絲和工件之間建立主電弧，交流焊接電源在兩根焊絲之間建立一個(gè)間接電弧，主電弧交替出現(xiàn)在兩根焊絲和工件之間，主電弧一方面加熱焊絲和工件，控制熱輸入，另一方面提高熔滴過渡能力，間接電弧作用是熔化焊絲，可以單獨(dú)調(diào)節(jié)熔敷速度。[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:相同的兩根焊絲以30-60°的夾角由兩臺(tái)送絲機(jī)分別送進(jìn)，兩根焊絲位于被焊工件的上方，交流焊接電源的兩電極分別與兩根焊絲的導(dǎo)電嘴相連，并在兩根焊絲之間建立間接電弧，利用間接電弧的能量熔化送進(jìn)的焊絲，直流焊接電源正極與換向開關(guān)連接，換向開關(guān)的另兩端分別與兩根焊絲連接，直流焊接電源負(fù)極連接被焊工件，通過換向開關(guān)使兩焊絲和被焊工件之間依次交替建立主電弧，換向開關(guān)交替換向工作調(diào)整焊絲上的電流方向；換向開關(guān)的換向頻率和交流焊接電源的輸出電流頻率要一致，保證直流焊接電源和交流焊接電源同時(shí)在同一焊絲上的電流流向相同。具體參見圖1、2和3，當(dāng)換向開關(guān)使焊絲I和直流焊接電源正極相連，直流焊接電源、焊絲1、工件形成電流回路，產(chǎn)生電弧I，交流焊接電源的正極連接焊絲I，負(fù)極連接焊絲II，兩根焊絲之間形成間接電弧。當(dāng)換向開關(guān)使焊絲II和直流焊接電源正極相連，直流焊接電源、焊絲I1、工件形成電流回路，產(chǎn)生電弧II，交流焊接電源的正極連接焊絲II，負(fù)極連接焊絲I，兩根焊絲之間形成間接電弧。主電弧的交替換向與交流焊接電源的頻率要一致。主電弧和間接電弧共同工作完成焊接。兩個(gè)電弧的能量可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了焊絲熔敷速度和工件熱輸入的分開調(diào)節(jié)。利用間接電弧的能量熔化送進(jìn)的焊絲，通過調(diào)節(jié)間接電弧的電流和焊絲的送進(jìn)速度來完成焊絲的熔敷速度的調(diào)節(jié)；主電弧不僅可以控制焊接熱輸入，同時(shí)還可以增大焊絲的等離子流力促使熔滴過渡到熔池中。換向開關(guān)交替換向工作調(diào)整焊絲上的電流方向，保證兩根焊絲熔敷速度適當(dāng)。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0010]本發(fā)明所述的焊接方法區(qū)別于傳統(tǒng)電弧焊接方法最顯著的特征就是打破傳統(tǒng)電弧熔敷速度和熱輸入固有的搭配，實(shí)現(xiàn)焊絲熔敷速度和焊接電弧的熱輸入分開調(diào)節(jié)，可以靈活的調(diào)整焊接過程中的傳熱和傳質(zhì)，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。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1本發(fā)明的工作原理示意圖；
[0012]圖2焊絲I和電弧I工作示意圖；
[0013]圖3焊絲II和電弧II工作示意圖；
[0014]圖4電流波形時(shí)序圖；
[0015]圖中I為直流焊接電源，2為交流焊接電源，3為被焊工件，4為換向開關(guān)，5為焊絲I，6為焊絲II，7為間接電弧，8為電弧I，9為電弧II，10和11分別為兩臺(tái)送絲機(jī)。
【具體實(shí)施方式】:
[0016]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。
[0017]下面對(duì)該焊接方法的步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:本發(fā)明的工作原理示意圖見圖1 ;焊絲I和電弧I工作示意圖見圖2 ;焊絲II和電弧II工作示意圖見圖3 ;直流焊接電源I的電流和交流焊接電源2的電流在焊絲I和焊絲II中的疊加關(guān)系見圖4。
[0018](I)焊絲I和焊絲II分別由兩臺(tái)送絲機(jī)以一定角度自動(dòng)送進(jìn)，焊絲I和焊絲II分別與交流焊接電源的兩個(gè)輸出端連接；焊絲I和焊絲II同時(shí)與直流焊接電源的輸出正極相連，在焊絲和直流焊接電源輸出正極之間連有換向開關(guān)，換向開關(guān)控制兩根焊絲與直流焊接電源正極導(dǎo)通。直流焊接電源為幅值可調(diào)的恒流或恒壓電源。
[0019](2)焊絲I和焊絲II之間產(chǎn)生間接電弧(旁路電弧)，焊接過程中間接電弧(旁路電弧)始終存在。間接電弧(旁路電弧)熱量主要來熔化焊絲，交流焊接電源正負(fù)半周的時(shí)間和幅值均可調(diào)的恒流或恒壓電源。(3)焊絲I與直流焊接電源正極導(dǎo)通時(shí)，焊絲I和工件之間形成電弧I，焊絲I和焊絲II之間產(chǎn)生間接電弧，電弧I視為主電弧，焊絲II和焊絲I之間的間接電弧視為旁路電弧。
[0020](4)焊絲II與直流焊接電源正極導(dǎo)通時(shí)，焊絲II和工件之間形成電弧II，焊絲I和焊絲II之間產(chǎn)生間接電弧，電弧II視為主電弧，焊絲I和焊絲II之間的間接電弧視為旁路電弧。
[0021 ] (5)上述兩個(gè)過程交替進(jìn)行，主電弧和間接電弧共同工作實(shí)現(xiàn)焊接。換向開關(guān)導(dǎo)通頻率和交流焊接電源的輸出頻率一致，同時(shí)保證焊接電流在焊絲上的方向一致。
[0022](6)圖4的電流波形時(shí)序圖中把焊絲I視為正極情況下的電流時(shí)序圖，圖中I1為直流焊接電源I的電流輸出波形，I2為交流焊接電源2的電流輸出波形，I3和I4分別為正常工作時(shí)焊絲I和焊絲II的電流波形圖。
[0023](7)焊絲I與直流焊接電源正極導(dǎo)通時(shí)，流入焊絲I的電流為I3 (IJI2),間接電弧的電流為12，電弧I的電流為I115在這種工作方式下，焊絲I熔化的能量來自于電弧I和間接電弧，而電弧I同時(shí)增大焊絲I的熔滴過渡能力。在此狀態(tài)中，焊絲II在間接電弧中處于DCEN狀態(tài)，焊絲熔化速度快，間接電弧僅僅是對(duì)焊絲II進(jìn)行加熱熔化，不存在熔滴過渡，熔化的焊絲II為下個(gè)過程作準(zhǔn)備。
[0024](8)焊絲II與直流焊接電源正極導(dǎo)通時(shí)，流入焊絲II的電流為I4 (IJI2),間接電弧的電流為I2，電弧II的電流為Ilt5在這種工作方式下，焊絲II熔化的能量來自于電弧II和間接電弧，而電弧II同時(shí)增大焊絲II的熔滴過渡能力。在此狀態(tài)中，焊絲I在間接電弧中處于DCEN狀態(tài)，焊絲熔化速度快，間接電弧僅僅是對(duì)焊絲II進(jìn)行加熱熔化，不存在熔滴過渡，熔化的焊絲I為下個(gè)過程作準(zhǔn)備。
[0025](9)換向開關(guān)4控制兩根焊絲的電流導(dǎo)通順序，電弧I和電弧II相互導(dǎo)通，兩個(gè)電弧互不干擾。
【權(quán)利要求】
1.雙絲間接電弧交替旁路的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟:相同的兩根焊絲以30-60°的夾角由兩臺(tái)送絲機(jī)分別送進(jìn)，兩根焊絲位于被焊工件的上方，交流焊接電源的兩電極分別與兩根焊絲的導(dǎo)電嘴相連，并在兩根焊絲之間建立間接電弧，利用間接電弧的能量熔化送進(jìn)的焊絲；直流焊接電源正極與換向開關(guān)連接，換向開關(guān)的另兩端分別與兩根焊絲連接，直流焊接電源負(fù)極連接被焊工件，通過換向開關(guān)使兩焊絲和被焊工件之間依次交替建立主電弧，換向開關(guān)交替換向工作調(diào)整焊絲上的電流方向，換向開關(guān)的換向頻率和交流焊接電源的輸出電流頻率要一致，并保證直流焊接電源和交流焊接電源同時(shí)在同一焊絲上的電流流向相同。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，換向開關(guān)的換向頻率和交流焊接電源的輸出電流頻率要一致，保證直流焊接電源和交流焊接電源同時(shí)在同一焊絲上的電流流向相同，即為:當(dāng)換向開關(guān)使焊絲I和直流焊接電源正極相連，直流焊接電源、焊絲1、工件形成電流回路，產(chǎn)生電弧I，交流焊接電源的正極連接焊絲I，負(fù)極連接焊絲II，兩根焊絲之間形成間接電弧；當(dāng)換向開關(guān)使焊絲II和直流焊接電源正極相連，直流焊接電源、焊絲I1、工件形成電流回路，產(chǎn)生電弧II，交流焊接電源的正極連接焊絲II，負(fù)極連接焊絲I，兩根焊絲之間形成間接電弧；主電弧的交替換向與交流焊接電源的頻率要一致，主電弧和間接電弧共同工作完成焊接。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)間接電弧的電流和焊絲的送進(jìn)速度來完成焊絲的熔敷速度的調(diào)節(jié)，主電弧控制焊接熱輸入，同時(shí)增大焊絲的等離子流力促使熔滴過渡到熔池中；換向開關(guān)交替換向工作調(diào)整焊絲上的電流方向，保證兩根焊絲熔敷速度適當(dāng)。
【文檔編號(hào)】B23K9/00GK103521885SQ201310456520
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】陳樹軍, 張亮, 白立來, 門廣強(qiáng), 盛珊, 龔金龍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)