CN101530943A

CN101530943A - 一种旁路分流双面电弧焊装置及焊接方法

Info

Publication number: CN101530943A
Application number: CN200910071883A
Authority: CN
Inventors: 苗玉刚; 韩端锋; 姚竞争
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2009-09-16

Abstract

本发明涉及一种旁路分流双面电弧焊接装置及方法，其特征在于它由一个焊接电源、主焊枪、副焊枪、旁路焊枪、引弧器、电流传感器、旁路电阻器及控制系统等组成，将主、副焊枪对称置于工件两侧，并分别与焊接电源的两极相连，所述的旁路焊枪是钨极氩弧焊枪、施加于主焊枪的一侧作为旁路来分流一部分流经母材的焊接电流。这样主焊枪可以通以大电流，在实现高熔敷率的同时，减少作用于母材的热输入，改善焊接质量；而熔池背面的副焊枪只通以部分电流有利于减小电极烧损、提高熔池承载能力。由于旁路焊枪的钨极电子功函数远低于金属工件的，利用该方法可以克服焊丝分流的局限，方便地调节旁路电流的大小，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平，是一种高效、可控的焊接方法。

Description

一种旁路分流双面电弧焊装置及焊接方法

(一)技术领域

本发明涉及的是一种金属材料的焊接装置。本发明也涉及一种焊接方法。

(二)背景技术

在常规电弧焊过程中，焊钳接在工件的一侧，焊接电流主要在贴近工件上表面的区域内流动，使得电流密度发散，且容易产生磁偏吹，这样就会直接影响焊缝的形貌和质量。与常规电弧焊不同，单电源双面电弧焊时，工件不接电源，将两把焊枪连接于同一焊接电源的两极形成一个回路。这样焊接电流直接流过焊接区域，电弧的电流密度和刚直性得以提高，有利于焊缝熔透和焊接质量的改善。然而，集中的电磁力在增加熔深的同时，对熔池的扰动也增大，导致焊接过程不易控制，常出现熔池塌陷和焊穿等缺陷，成为制约其生产应用的重要因素。为了解决这一问题，申请人提出了专利申请号为200810137465.6的发明专利申请，提出利用填充焊丝对流经工件的焊接电流进行分流，但由于焊丝与工件材料基本一致，两者具有相同的电子功函数，阴极材料尺寸成为电子发射的决定性因素，导致更多的电子从焊接熔池发射，少量电子来自旁路焊丝，使得通过旁路焊丝的电流远低于母材的，影响了旁路分流的效果。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以方便地调节主、旁路焊接电流的大小，合理分配作用于电弧和熔池上的热、力分布，并可以有效地控制焊缝成形、改善焊接质量的一种旁路分流双面电弧焊接装置。本发明的目的还在于提供一种旁路分流双面电弧焊装置的焊接方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的旁路分流双面电弧焊装置的组成包括焊接电源、主焊枪、副焊枪、旁路焊枪、引弧器、电流传感器、旁路电阻器及其控制系统，将主、副焊枪对称置于工件的两侧，并分别与焊接电源的两极相连，所述的旁路焊枪是钨极氩弧焊枪、设置于主焊枪一侧作为旁路来分流一部分流经工件的焊接电流，电流传感器施加于副焊枪一侧，用来检测流经工件的电流大小，并通过控制系统与旁路电阻器相连。

用上述装置实施的焊接方法的步骤如下：

步骤1：将工件的待焊部位根据需要加工成I形、Y形或V形坡口，并对制成的双面焊接坡口及其两侧表面进行打磨和清洗；

步骤2：焊接前，将工件固定在焊接工装夹具上；

步骤3：保持主、副焊枪的轴线在一条直线上，其轴线与工件的夹角为80°-100°，相对于焊接方向来说，旁路焊枪在前，主焊枪在后，两者之间轴线的夹角为20°-80°；

步骤4：设定焊接工艺参数，焊接电流I在50A-600A之间，旁路电流I_p在0A-500A之间，焊接速度为10cm/min-200cm/min；

步骤5：开启焊接电源，启动引弧开关，引燃焊接电弧，这样经过主焊枪的电流一部分通过工件流向背面的副焊枪，另一部分经通过旁路流回焊接电源；

步骤6：焊接过程中，通过电流传感器检测流经工件的焊接电流，利用控制系统对旁路电阻进行控制，进而调节主、旁路焊接电流的大小，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平。

本发明将主、副焊枪对称置于工件的两侧，并分别与焊接电源的两极相连，在主焊枪一侧施加钨极氩弧焊枪作为旁路来分流一部分通过工件的焊接电流。这样主焊枪可以通以大电流，在实现高熔敷率的同时，减少作用于工件的热输入，改善焊接质量；而熔池背面的副焊枪只通过部分电流有利于减小电极烧损、提高熔池承载能力，避免焊缝成形缺陷的产生。焊接过程中，通过电流传感器检测流经工件的焊接电流，利用控制系统来改变旁路电阻，进而调节主、旁路的电流大小，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平，是一种高效、可控的焊接方法。

本发明的主要有优点体现在：

1、由于大部分焊接电流直接流过被焊区域，所以该技术具有电弧电流密度和电磁力分布集中、电弧刚直性好、焊缝熔深大、热影响区窄等优势。

2、通过改变旁路电阻可以调节流经主、旁路上的电流大小，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平，是一种高效、可控的焊接方法。

3、由于钨极的电子功函数(约2.6eV)远低于金属工件的(钢为4.7eV)，该方法可以克服焊丝分流的局限性(由于填充焊丝与工件材料基本一致，两者具有相同的电子功函数，阴极尺寸成为电子发射的决定性因素，导致通过旁路焊丝的电流远小于母材的)，方便地调节旁路电流的大小，合理分配作用于母材和旁路上热量，有利于控制焊缝成形、改善焊接质量。

4、旁路分流作用也可以解决单电源双面电弧焊两侧焊接电流不能独立调节的矛盾。如在MIG-TIG双面焊时，为获得稳定的MIG焊接过程，最好使其工作在射滴或射流过渡状态，这需要采用较大的电流，但考虑到背面TIG焊接熔池的承载能力，所采用的电流又不能太大，导致焊接工艺的优化参数区间很窄，即熔透对焊接参数的变化非常敏感，以致焊接过程无法稳定进行。利用钨极氩弧焊枪作为旁路进行分流，可有效解决这一矛盾。

5、由于主电弧与旁路电弧的电流方向不同，由左手定律可知，电弧内产生斥力，使得电弧压力的作用点偏离熔池中心，电弧加热面积扩展，电弧压力减弱，熔敷效率提高，有利于避免熔池塌陷和焊穿等缺陷。

6、该方法本质上属于电弧焊的改型，所以它也是一种低成本的高效焊接方法。应用在焊接生产中，将大大提高生产效率、降低焊接成本、提高焊接质量，具有很大的工程实用价值。

7、该系统焊接工艺稳定并具有很强的焊接适应性，根据实际焊接需求，焊接位置可以是平焊，也可以为其它位置焊(如立焊等)；焊接电源的极性可为直流，也可为交流，能够广泛应用于中厚壁金属结构的焊接过程中。

本发明提出了一种旁路分流双面电弧焊接新技术，即在单电源双面电弧焊的主焊枪一侧施加钨极氩弧焊枪作为旁路进行分流。由于钨极的电子功函数远低于金属工件的，可以克服焊丝分流的局限性，方便地调节旁路电流的大小，合理分配作用于母材和旁路上热量，有利于控制焊缝成形、改善焊接质量。

(四)附图说明

图1是旁路分流的熔化极-非熔化极双面电弧焊装置示意图；

图2是旁路分流的非熔化极-非熔化极双面电弧焊装置示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

具体实施方式一：

结合图1，它是一种旁路分流的熔化极-非熔化极双面电弧焊接实施方式，本实施方式由焊接电源1、熔化极主焊枪3、非熔化极副焊枪11、旁路钨极氩弧焊枪6、电流传感器12、引弧器14、旁路电阻器8及其控制系统10等组成。工件9不接焊接电源1，将主焊枪3和副焊枪11对称置于工件的两侧，并分别与焊接电源1的正、负极相连，在熔化极主焊枪3一侧施加钨极氩弧焊枪6作为旁路来分流一部分通过工件9的焊接电流。开启焊接电源1，启动引弧器14，引燃焊接电弧，通过电流传感器12检测流经工件9的电流大小，通过控制系统10来改变旁路电阻器8就可以调节旁路电流I_p，进而调节流经工件9的焊接电流，从而可以合理分配作用于焊丝5与工件9上的热量，使得作用于熔滴和熔池上的热、力处于理想水平。

基于本实施方式的钨极氩弧分流熔化极-非熔化极双面电弧焊装置的焊接方法步骤如下：

步骤1：将工件9的待焊部位根据需要加工成I型、V型或Y型坡口，并对制成的双面焊接坡口及其两侧表面进行打磨和清洗。

步骤2：焊接前，将工件9固定在焊接工装夹具上；

步骤3：保持熔化极主焊枪3和非熔化极副焊枪11的电极轴线在一条直线上，其轴线与工件9的夹角在80°-100°之间，焊丝5的伸出长度为15mm-45mm，钨极7端部到工件9的距离为2mm-7mm，钨极7端部与焊丝5端部之间的距离为2mm-5mm，钨极13端部到工件9的距离为2mm-7mm，旁路焊枪6位于主焊枪3的前方，两者间轴线的夹角为20°-80°。

步骤4：设定焊接工艺参数，焊接电流I在100A-600A之间，分流电流I_p在0A-500A之间，焊接速度为10cm/min-200cm/min，焊丝5的直径为0.8mm-1.6mm，送丝速度为2.0m/min-10m/min，钨极7直径为1.6mm-4.8mm，钨极13直径为1.6mm-6.4mm。

步骤5：开启焊接电源1，启动引弧器14，引燃焊接电弧，利用旁路电弧与主电弧形成耦合电弧2并产生分流作用。

步骤6：通过电流传感器12检测流经工件9的焊接电流，通过控制系统10来改变旁路电阻8就可以调节旁路电流I_p，进而调节了流经工件9的焊接电流，从而可以合理分配作用于焊丝5与工件9上的热量，使得作用于熔滴和熔池上的热、力处于理想水平。

具体实施方式二：

结合图2，它是一种旁路分流的非熔化极-非熔化极双面电弧焊接实施方式，本实施方式由焊接电源1、非熔化极主焊枪22、非熔化极副焊枪11、旁路钨极氩弧焊枪6、电流传感器12、引弧器14、旁路电阻器8及其控制系统10等组成。工件9不接焊接电源1，将主焊枪22和副焊枪11对称置于工件的两侧，分别与焊接电源1的两极相连，在主焊枪22一侧施加钨极氩弧焊枪6作为旁路来分流一部分通过工件9的焊接电流。开启焊接电源1，启动引弧器14，引燃焊接电弧，通过电流传感器12检测流经工件9的焊接电流，通过控制系统10来改变旁路电阻器8就可以调节旁路电流I_p，进而调节了流经工件9的焊接电流，从而可以合理分配作用于主、旁路上的电流大小，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平。

基于本实施方式的钨极氩弧分流非熔化极-非熔化极双面电弧焊装置的焊接方法步骤如下：

步骤2：焊接前，将工件9固定在焊接工装夹具上；

步骤3：保持主焊枪22和副焊枪11的电极轴线在一条直线上，其轴线与工件9的夹角在80°-100°之间，钨极23端部到工件9的距离为2mm-7mm，钨极7端部到工件9的距离为2mm-7mm，钨极7端部与钨极23端部之间的距离为2mm-6mm，钨极13到工件9的距离为2mm-7mm，旁路焊枪6位于主焊枪22的前方，两者间轴线的夹角为20°-80°。

步骤4：设定焊接工艺参数，焊接电流I在50A-500A之间，分流电流I_p在0A-400A之间，焊接速度为10cm/min-200cm/min，钨极23直径为1.6mm-6.4mm，钨极7直径为1.6mm-4.8mm，钨极13直径为1.6mm-6.4mm。

步骤5：开启焊接电源1，启动引弧器14，引燃焊接电弧，利用旁路电弧与主电弧形成耦合电弧21并产生分流作用。

步骤6：通过电流传感器12检测流经工件9的焊接电流，通过控制系统10来改变旁路电阻器8就可以调节旁路电流I_p，进而调节了流经工件9的焊接电流，从而可以合理分配工件9与旁路上的热输入，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平。

Claims

1、一种旁路分流双面电弧焊装置，其组成包括焊接电源、主焊枪、副焊枪、旁路焊枪、引弧器、电流传感器、旁路电阻器及其控制系统，其特征是：主、副焊枪对称置于工件的两侧，并分别与焊接电源的两极相连，所述的旁路焊枪为钨极氩弧焊枪、设置于主焊枪一侧作为旁路来分流一部分流经工件的焊接电流，电流传感器施加于副焊枪一侧，用来检测流经工件的电流大小，并通过控制系统与旁路电阻器相连。

2、一种基于权利要求1的旁路分流双面电弧焊装置的焊接方法，其特征是：

步骤2：焊接前，将工件固定在焊接工装夹具上；

步骤6：焊接过程中，通过电流传感器检测流经工件的电流大小，利用控制系统对旁路电阻进行控制，进而调节主、旁路电流的大小，使得作用于电弧和熔池上的热、力处于理想水平。