CN101134260A - 三丝明弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种焊接技术领域的三丝明弧焊接方法，采用三焊枪同时施焊，每把焊枪配一路焊丝和焊接电源构成熔化极气体保护焊，其每把焊枪焊接参数单独调节。焊接时三把焊枪沿焊接方向呈纵向排列，三把焊枪相对角度和间距可分别调整，可以用于平焊接和角焊接。为提高焊接速度和焊缝质量，三丝电弧参数分别可调，并且可以组合成一个熔池、两个熔池和三个熔池的不同方式施焊。这种方法特别适合于长焊缝焊接，是一种高效的焊接方法。

Description

三丝明弧焊接方法

技术领域

本发明涉及的是一种焊接技术领域的方法，具体是一种熔化极气体保护的三丝明弧焊接方法。

背景技术

高效焊接是各种工业制造领域广泛追求的焊接方法，特别对长焊缝钢结构件。多丝焊接方法是一种最常见的方法，通过在焊接过程中同时熔化多根焊丝，大大提高焊接熔敷率，在保证焊接质量的前提下，相对单丝焊，其焊接速度大大提高，生产效率得到改进。

经对现有技术的文献检索发现，Hiroshi ARITA等在IIW会议中，2006年92页上发表的Technical Development of Advanced 3-ElectrodeMAG High Speed Horizontal FilletWelding Process(三电极高速垂直角焊缝焊接工艺)。该文中提出一种三电极焊接方法，其引导电极和跟随电极为熔化极气体保护焊，但中间电极为填充热丝而非电弧焊，此种方法是一种三丝焊接方法，不属于三丝明弧焊。这种方法中，中间填充焊丝通有一定的电流加热焊丝，之后热丝利用引导电极和跟随电极产生的电弧辐射以及熔池热能来熔化而进入熔池，称为焊缝金属的一部分，中间填充热丝的主要作用是调节引导电弧产生的熔池和跟随电弧产生的熔池中熔化金属的流动方向和流动速度，进而消除凝固焊缝在高速焊接时驼峰成形，达到焊缝表面成形的光滑性，但这种方法由于中间焊丝熔化率相对较低，当焊接速度较大时，其焊缝界面尺寸较小，往往满足不了工程的需要，如果焊接速度超过一定限度，中间填充焊丝调节焊缝成形的效果不能完全消除焊缝的驼峰现象，且这种方法还未在工程中实际应用。检索中还发现，日本的藤村浩在《溶接技术》(焊接技术)，1990年2期的74-85页发表的高速アグ溶接法[タイムブロセス]の开发(高速焊接方法的开发)，该文中开发的多丝焊接系统采用电流相位控制的脉冲焊接，焊丝电弧在三条焊丝上轮流燃烧，在保证电弧挺度的同时通过调节各焊丝之间的位置关系及其焊接方向的夹角来改变能量分布，并且采用多丝焊接时，作用于熔池的电弧力比较分散，有利于高速焊接时保持熔池平静，从而使焊接过程稳定从而减少咬边及驼峰等成形缺陷。该方法采用同一个焊炬同时输送多条焊丝，各焊丝之间相互绝缘，可采用药芯焊丝和100％CO₂保护，也可采用实芯焊丝和80％Ar+20％CO₂保护，该方法可用于角焊缝的高速焊接焊速可以达到1.8m/min。此类方法虽然能够大幅度提高焊丝熔敷率，但是焊枪制作复杂，使投资成本增加，并以牺牲控制和使用灵活性为代价。由于投资成本高，工艺使用单一，灵活性差，所以在工艺本身推广上，很难具有普遍性。

发明内容

本发明针对现有技术中多丝焊的不足，提出一种三丝明弧焊接方法，使其突破了目前只有双丝双电极明弧焊接方法的焊接效率不高和三丝明弧单电极不具有工艺普遍推广性的局限。三丝三电极焊接方法的工艺实现简单，灵活性强，并可大大提高了焊接速度而提高焊接效率，故在工艺推广上可以具有普遍性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用的三丝都为熔化极气体保护焊接方法，每根焊丝各接一套送丝系统、焊接电源和保护气，构成独立的电弧一电源系统，其焊接工艺规范参数分别可调以满足各种焊接要求。这种方法可以用于平位置焊接和角位置焊接。

实际焊接时，三把焊枪装配在一个整体机构上，但每把焊枪都单独具备竖向、横向和角度调整机构。焊枪都处于焊接工件上方，沿焊接方向三把焊枪前后呈纵列排列，前焊枪称之为引导焊枪，相应的有引导焊丝和引导电弧。同样，中间焊枪称之为中间焊枪，相应地有中间焊丝和中间电弧。后焊枪称之为跟随焊枪，相应地有跟随焊丝和跟随电弧。起弧前，将三根焊丝对准待焊接头，根据工艺要求，利用调节机构，调节焊枪之间距离，即保证引导焊丝与中间焊丝之间的距离和中间焊丝与跟随焊丝之间的距离，以构成单熔池焊、双熔池焊或三熔池焊。这种焊枪之间的距离是依靠角度调节机构和横向、竖向调节机构组合调节完成的，既要满足间距要求，又要满足焊枪喷嘴和导电嘴相对工件的距离，以达到最佳焊接效果。单熔池焊接时，中间电弧垂直，引导电弧和跟随电弧分别向中间电弧倾斜至引导焊丝与中间焊丝之间的距离和中间焊丝与跟随焊丝之间的距离，而形成一个熔池。三个熔池焊接时，三个电弧调整引导焊丝与中间焊丝之间的距离和中间焊丝与跟随焊丝之间的距离，至各自形成自身熔池；两个熔池焊接时，可以由中间电弧与引导电弧调整引导焊丝与中间焊丝之间的距离形成一个熔池，另一个熔池由跟随电弧形成单独熔池；也可以由中间电弧与跟随电弧调整中间焊丝与跟随焊丝之间的距离形成一个熔池，另一个熔池由引导电弧形成单独熔池。在工艺上可根据不同板厚、不同焊接要求和不同速度而选择几种熔池焊接方法。

本发明方法中，相对焊接工件平面的垂直平面上，三把焊枪都可分别作倾斜调整，调整角度范围分别以三个焊丝的垂直于工件平面轴线为基准，引导焊枪与中间焊枪分别可作正负40°调整，跟随焊枪可作沿焊接方向正40°调整。同时，三把焊枪又可以相对于焊接工件平面分别可作倾斜调整，其调整范围在30°到60°之间，这种可倾斜角度调整可方便用于角接焊接。

本发明采用三焊枪同时施焊，每把焊枪配一路焊丝和焊接电源构成熔化极气体保护焊，其每把焊枪焊接参数单独调节。由于三根焊丝都属于由电弧熔化原理，其熔化率教高，单位时间的熔敷率很高，为达到高速焊接创造了必要条件。同时，由于中间焊丝也是熔化极电弧，一方面达到高的熔敷率，同时又可起到调节左右引导电弧和跟随电弧产生熔池金属的流动方向和流动速度的作用，在高速焊接时，可以达到消除驼峰现象。在焊接时，既保证高速焊又保证了焊接质量和焊缝成形，其三根焊丝的电弧规范参数及其相互空间位置必须保证柔性可调。

在造船业以往的船用钢板焊接中，主要采用双丝明弧焊接，生产中常采用的焊接速度基本在1.2m/min之内，因此三丝以上的明弧焊接，是大幅度提高焊接生产效率的关键，但目前还未看见三丝以上明弧焊接在船厂生产应用的相关报道。本发明在以往船用钢板焊接双丝明弧焊的基础上，采用三丝明弧焊接，突破了传统的焊接工艺，可以大大提高焊接效率，其中焊接速度可达1.8m/min。另外，本发明特别适用于长焊缝焊接，可以用于平位置焊接和角位置焊接。

附图说明

图1为三丝明弧平焊原理示意图。

其中：图1(a)为侧视示意图；图1(b)为正视示意图。

图2(a)、图2(b)为三丝明弧角焊原理示意图。

其中：图2(a)为侧视示意图；图2(b)为正视示意图。

图3为三丝明弧焊单熔池示意图。

图4三丝明弧焊双熔池示意图。

其中：图4(a)是引导焊丝与中间焊丝距离≥50mm时示意图；图4(b)是引导焊丝与中间焊丝距离≤25mm时示意图。

图5三丝明弧焊三熔池示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1(a)、图1(b)所示，1为引导焊丝，2为引导电弧，3为引导焊枪，4为中间焊丝，5为中间电弧，6为中间焊枪，7为跟随焊丝，8为跟随电弧，9为跟随焊枪，10为焊接工件。α为焊枪相对工件垂直方向的调整角，β为焊枪相对工件平面方向的调整角，a为引导焊丝和中间焊丝的间距，b为中间焊丝与跟随焊丝的间距。

如图2(a)、图2(b)所示，1为引导焊丝，2为引导电弧，3为引导焊枪，4为中间焊丝，5为中间电弧，6为中间焊枪，7为跟随焊丝，8为跟随电弧，9为跟随焊枪，10为焊接工件。α为焊枪相对工件垂直方向的调整角，β为焊枪相对工件平面方向的调整角，a为引导焊丝和中间焊丝的间距，b为中间焊丝与跟随焊丝的间距。

如图3所示，当引导焊丝，中间焊丝和跟随焊丝的距离较小时(≤25mm)，形成了三丝明弧焊接时单熔池现象。

如图4(a)、图4(b)所示，为三丝明弧焊接时两个熔池的现象。其中(a)是引导焊丝与中间焊丝距离较远时(≥50mm)，中间焊丝与跟随焊丝距离较近时(≤25mm)，一个熔池为引导焊丝焊接时形成的熔池，另一个熔池为中间焊丝与跟随焊丝焊接时共同形成的熔池。(b)是引导焊丝与中间焊丝距离较近时(≤25mm)，中间焊丝与跟随焊丝距离较远时(≥50mm)，一个熔池为引导焊丝与中间焊丝焊接时共同形成的熔池，另一个熔池为跟随焊丝焊接时形成的熔池。

如图5所示，当引导焊丝，中间焊丝和跟随焊丝的距离较大时(≥50mm)，形成了三丝明弧焊接三个熔池现象。

实施例1

船舶结构中的平板焊接时，其钢板的厚度为15mm，保护气体为100％CO₂，焊机为松下500GR3，其工艺参数为：焊丝牌号为MX-200H，焊丝直径为Ф1.2mm，三焊丝的焊接电压均为32V，焊接电流均为320V，干伸长为12mm，气体流量为15L/min，焊接电源均为工件接负极，焊枪接正极。引导焊枪、跟随焊枪与工件垂直方向的夹角α为15°，中间焊枪垂直于工件。引导焊枪、中间焊枪与跟随焊枪纵向排列，且与工件水平方向的夹角均为β为90°。引导焊枪与中间焊枪之间的距离为25mm，中间焊枪与跟随焊枪之间的距离为25mm，焊接速度达到1.8m/min，可获得的焊缝宽度为13mm。

实施例2

肋骨加强板的角焊时，平板厚度为15mm，肋骨加强板的厚度为10mm，保护气体为100％CO₂，焊机为松下500GR3，其工艺参数为：焊丝牌号为MX-200H，焊丝直径为Ф1.6 mm，引导焊枪的电压为36V，中间焊枪的电压为31V，跟随焊枪的电压为28V，引导焊枪的电流为400A，中间焊枪的电流为310A，跟随焊枪的电流为260A。焊丝的干伸长均设定为20mm，气体流量均为20L/min，焊接电源均为直流正接，引导焊枪、跟随焊枪与中间焊枪的夹角α为15°，引导焊枪、中间焊枪与跟随焊枪纵向排列，且与工件水平方向的夹角β为50°。引导焊枪与中间焊枪之间的距离为35mm，中间焊枪与跟随焊枪之间的距离为35mm，焊接速度可达到1.5m/min，可获得脚长为6.5mm。

实施例3

肋骨加强板的角焊时，平板厚度为15mm，肋骨加强板的厚度为10mm，保护气体为100％CO₂，焊机为松下500GR3，其工艺参数为：焊丝牌号为MX-200H，焊丝直径为Ф1.6mm，引导焊枪的电压为36V，中间焊枪的电压为35V，跟随焊枪的电压为30V，引导焊枪的电流为390A，中间焊枪的电流为390A，跟随焊枪的电流为280A。焊丝的干伸长均设定为20mm，气体流量均为20L/min，焊接电源均为直流正接，引导焊枪、跟随焊枪与中间焊枪的夹角α为15°，引导焊枪、中间焊枪与跟随焊枪纵向排列，且与工件水平方向的夹角β为50°。引导焊枪与中间焊枪之间的距离为30mm，中间焊枪与跟随焊枪之间的距离为30mm，焊接速度可达到1.5m/min，可获得脚长为7mm。

实施例4

肋骨加强板的角焊时，平板厚度为15mm，肋骨加强板的厚度为10mm，保护气体为100％CO₂，焊机为松下500GR3，其工艺参数为：焊丝牌号为MX-200H，焊丝直径为Ф1.6mm，引导焊枪的电压为36V，中间焊枪的电压为30V，跟随焊枪的电压为36V，引导焊枪的电流为390A，中间焊枪的电流为325A，跟随焊枪的电流为410A。焊丝的干伸长均设定为20mm，气体流量均为20L/min，焊接电源均为直流正接，引导焊枪、跟随焊枪与中间焊枪的夹角α为15°，引导焊枪、中间焊枪与跟随焊枪纵向排列，且与工件水平方向的夹角β为50°。引导焊枪与中间焊枪之间的距离为35mm，中间焊枪与跟随焊枪之间的距离为35mm，焊接速度可达到1.5m/min，可获得脚长为7mm。

实施例5

肋骨加强板的角焊时，平板厚度为15mm，肋骨加强板的厚度为10mm，保护气体为100％CO₂，焊机为松下500GR3，其工艺参数为：焊丝牌号为MX-200H，焊丝直径为Ф1.6mm，引导焊枪的电压为40V，中间焊枪的电压为36V，跟随焊枪的电压为32V，引导焊枪的电流为480A，中间焊枪的电流为400A，跟随焊枪的电流为320A。焊丝的干伸长均设定为20mm，气体流量均为20L/min，焊接电源均为直流正接，引导焊枪、跟随焊枪与中间焊枪的夹角α为15°，引导焊枪、中间焊枪与跟随焊枪纵向排列，且与工件水平方向的夹角β为50°。引导焊枪与中间焊枪之间的距离为40mm，中间焊枪与跟随焊枪之间的距离为30mm，焊接速度可达到1.8m/min，可获得脚长为7mm。

Claims (7)

1.一种三丝明弧焊接方法，其特征在于，采用三焊枪同时施焊，每把焊枪配一路焊丝和焊接电源构成熔化极气体保护焊，其每把焊枪焊接参数单独调节。

2.如权利要求1所述的三丝明弧焊接方法，其特征是，三把焊枪沿焊接方向成纵向排列，沿焊接方向的第一把焊枪焊接时产生的电弧为引导弧，第二把焊枪产生的电弧为中间弧，第三把焊枪产生的电弧为跟随弧，相应的焊枪中的焊丝分别称为引导焊丝、中间焊丝和跟随焊丝。

3.如权利要求1或2所述的三丝明弧焊接方法，其特征是，引导弧、中间弧、跟随弧在焊接时形成三个熔池，或形成两个熔池，或形成一个熔池；形成两个熔池焊接时，由引导弧和中间弧共同形成一个熔池，另一个熔池由跟随弧形成；或由中间弧与跟随弧共同形成一个熔池，另一个熔池由引导弧形成。

4.如权利要求1或2所述的三丝明弧焊接方法，其特征是，三焊枪同时施焊，用作角焊接，或用作平焊接。

5.如权利要求1或2所述的三丝明弧焊接方法，其特征是，三把焊枪相对焊接工件平面的垂直平面上其角度分别可倾斜调整，三把焊枪倾斜角度调节范围分别为：引导焊丝以垂直焊件方向的轴线基准为正负40°，中间焊丝以垂直焊件方向的轴线基准为正负40°，跟随焊丝以垂直焊件方向的轴线且沿焊接方向为正40°。

6.如权利要求1或2所述的三丝明弧焊接方法，其特征是，三把焊枪相对焊接工件平面上其角度分别可倾斜调整，三把焊枪倾斜角度调节范围为以焊接工件平面基准为30°-60°。

7.如权利要求1或2所述的三丝明弧焊接方法，其特征是，通过调整三把焊枪之间相对距离保证焊接时三个电弧的稳定燃烧。

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