CN102554417A - 一种机械振动辅助熔滴过渡的tig焊方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置。它是由TIG电源、送丝机、导管、辅助机械振动装置、送丝嘴和焊丝组成的，送丝机连接导管，导管连接送丝嘴，辅助机械振动装置固定于机架。由机身内置驱动电机和传动装置带动振动杆上下往复振动，振动杆与触头间套有缓冲弹簧。本发明步骤包括引燃电弧加热工件，待电弧稳定，形成熔池后启动送丝机实现焊丝自动送进程；启动辅助机械振动装置，振动杆、触头产生机械振动，使焊丝产生机械振动，在辅助机械振动作用下进行焊接；本发明设备简单，操作方便，适用性强，相比采用数字化控制的设备，成本大大降低，便于工业推广。

Description

一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置

(一)技术领域

本发明涉及焊接技术，具体说就是一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置。

(二)背景技术

钨极氩弧焊(TIG)具有焊接质量高、电弧稳定、适用范围广等特点，是实际生产中普遍应用的一种焊接方法。根据送丝方式的不同，钨极氩弧焊(TIG)可分为手动填丝和自动送丝两种形式。对于常规的自动送丝TIG焊，焊丝靠电弧加热熔化，熔滴主要依靠自身重力和电弧力的作用脱离焊丝端部表面张力的束缚实现过渡，存在以下几点不足：(1)熔滴以大滴过渡到熔池，对熔池的冲击大，易产生飞溅；(2)熔滴吸收了较多的电弧能量，熔滴过热，易造成焊缝组织的不均匀性，热影响区宽度大；(3)大滴过渡导致熔滴过渡缓慢，熔敷效率低。鉴于熔化极气体保护焊(GMAW)中的CMT(cold metal transfer)和STT(surface tension transfer)技术，冷金属过渡可克服上述不足。所谓冷金属过渡(CMT)是指数字控制方式下短电弧和换向送丝监控。换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，后送丝机构按照恒定速度向前送丝，前送丝机构按照控制系统指令以70Hz的频率回抽焊丝，实现焊丝的脉冲式输送。数字式焊接控制系统根据电弧生成的开始时间自动降低焊接电流直到电弧熄灭，并调节脉冲式的焊丝输送，熔滴从焊丝端部脱落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，重新引弧并进一步将焊丝送进。在电弧交替的熄灭、引弧和焊丝的送进、回抽过程中，降低了热输入，实现冷金属过渡。STT表面张力过渡技术是美国林肯公司针对CO₂气体保护焊短路过渡飞溅量大等问题开发的一种专利技术。基于短路液桥表面张力过渡理论，STT表面张力过渡技术利用逆变焊机的高速可控性，对短路过程各阶段分别进行波形控制，解决了液态小桥气化爆断的问题，其核心在于形成短路液桥后焊接电流瞬间减小，在表面张力、重力和电磁力的作用下拉断金属液桥，使熔滴由短路过渡变为自由过渡，达到平稳过渡的目的并减小热输入。CMT和STT熔化极气保焊技术的高成本是限制其推广应用的关键因素，同时由于焊接过程中电流的剧烈变化也必然影响电弧的稳定性。而TIG焊电源为陡降或恒流特性，电弧十分稳定，鉴于此，开发一种实现非熔化极气保焊过程的冷金属过渡方法十分必要。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，它是由TIG电源、机架、送丝机、导管、辅助机械振动装置、送丝嘴和焊丝组成的，送丝机连接导管，导管连接送丝嘴，送丝嘴与机架牢固连接，辅助机械振动装置固定于机架。

所述的辅助机械振动装置包括机身、缓冲弹簧、振动杆和触头，由机身内置驱动电机和传动装置带动振动杆上下往复振动，振动杆与触头之间为螺纹连接，振动杆与触头间套有缓冲弹簧，安装时通过调整振动杆和触头间的螺纹旋入长度使缓冲弹簧处于微压状态。

所述的机械振动辅助熔滴过渡TIG焊装置，针对不同材质的焊丝，可选择不同的振动接触位置，对于材质较硬、刚度较好的焊丝，可将送丝嘴开适当尺寸的工艺槽，使触头直接接触焊丝，使振动传递效果更加充分，开槽的具体尺寸根据触头前端尺寸考虑；对于锡等材质软、刚度差的焊丝使触头与送丝嘴外壁直接接触，使振动由送丝嘴传递给焊丝防止由于物理振动接触使焊丝变形影响自动送丝过程的连续性。

本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法，步骤如下：

步骤一：启动TIG焊电源系统，引燃电弧加热工件，待电弧稳定，形成熔池后启动送丝机实现焊丝自动送进，开始焊接过程；

步骤二：启动辅助机械振动装置，振动杆、触头产生机械振动，使焊丝产生机械振动，在辅助机械振动作用下进行焊接；

步骤三：焊接过程完毕后，关闭TIG电源系统，再关闭辅助机械振动装置。

本发明相比于自动送丝TIG焊技术，具有如下显著效果：

(1)减小了熔滴的尺寸，降低了熔滴对焊接熔池的冲击。由于熔滴以细小颗粒形式进入熔池，有利于减少气孔、未熔合等缺陷，焊缝组织细密，组织均匀性好。

(2)避免了熔滴过多吸收电弧能量而使熔滴过热，使电弧热量主要用于加热母材，加热效率明显提高。

(3)在频率可调的机械振动作用下，熔滴过渡频率加快，熔敷效率明显提高，同时冷金属过渡减小了总热输入量，热影响区宽度减小，适合于薄板及热敏感材料与构件。

(4)设备简单，操作方便，适用性强，相比采用数字化控制的设备，成本大大降低，便于工业推广。

本发明提供的机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置可根据不同焊丝进行调整，对于材料较软、刚性差的焊丝可使触头与送丝嘴外壁接触而使机械振动由送丝嘴传递至焊丝，对于材料较硬、刚性好的焊丝可在送丝嘴上加工适当尺寸的工艺槽，使触头与焊丝直接接触进而增加振动传递的充分性。直径大的焊丝可匹配较高振动频率，直径较小的焊丝可选择较低振动频率。本发明提供的机械振动辅助熔滴过渡TIG焊装置可与热丝装置结合使用，更能进一步提高效率。

(四)附图说明

图1为本发明机械振动辅助熔滴过渡TIG焊装置结构示意图；

图中：1-TIG电源，2-机架，3-送丝机，4-导管，5-辅助机械振动装置，5-1-机身，5-2-缓冲弹簧，5-3-振动杆，5-4-触头，6-1-紧固螺钉，6-2-紧固螺钉，7-送丝嘴，8-焊丝，9-电弧；

图2为不同材质焊丝机械振动接触位置示意图；

图3为机械振动施加前后熔滴过渡形式示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：结合图1，本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，它是由TIG电源(1)、机架(2)、送丝机(3)、导管(4)、辅助机械振动装置(5)、送丝嘴(7)和焊丝(8)组成的，送丝机(3)连接导管(4)，导管(4)连接送丝嘴(7)，送丝嘴(7)与机架(2)牢固连接，辅助机械振动装置(5)固定于机架(2)。

所述的辅助机械振动装置(5)包括机身(5-1)、缓冲弹簧(5-2)、振动杆(5-3)和触头(5-4)，由机身内置驱动电机和传动装置带动振动杆(5-3)上下往复振动，振动杆(5-3)与触头(5-4)之间为螺纹连接，振动杆(5-3)与触头(5-4)间套有缓冲弹簧(5-2)，安装时通过调整振动杆(5-3)和触头(5-4)间的螺纹旋入长度使缓冲弹簧(5-2)处于微压状态。

所述的机械振动辅助熔滴过渡TIG焊装置，针对不同材质的焊丝，可选择不同的振动接触位置，对于材质较硬、刚度较好的焊丝，可将送丝嘴(7)开适当尺寸的工艺槽，使触头(5-4)直接接触焊丝(8)，使振动传递效果更加充分，开槽的具体尺寸根据触头(5-4)前端尺寸考虑；对于锡等材质软、刚度差的焊丝使触头(5-4)与送丝嘴(7)外壁直接接触，使振动由送丝嘴(7)传递给焊丝(8)防止由于物理振动接触使焊丝变形影响自动送丝过程的连续性。

本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法，步骤如下：

步骤一：启动TIG焊电源系统(1)，引燃电弧(9)加热工件，待电弧(9)稳定，形成熔池后启动送丝机(3)实现焊丝(8)自动送进，开始焊接过程；

步骤二：启动辅助机械振动装置(5)，振动杆(5-3)、触头(5-4)产生机械振动，使焊丝产生机械振动，在辅助机械振动作用下进行焊接；

步骤三：焊接过程完毕后，关闭TIG电源系统(1)，再关闭辅助机械振动装置(5)。

实施例2：结合图1、图2，本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法，焊丝材质为硬度较高、刚性好的材料，如不锈钢。焊丝(8)由送丝机(3)输出，经导管(4)和送丝嘴(7)后进入电弧(9)区域，在送丝嘴(7)上加工适当尺寸的工艺槽，加工位置需兼顾振动效果和送丝嘴(7)稳定性，槽的尺寸由触头(5-4)前端尺寸而定，以便充分传递振动效果。

实现冷金属过渡的原理在于，辅助机械振动装置(5)使振动杆(5-3)产生机械振动，触头(5-4)连同振动杆(5-3)进行上下往复振动，振动由触头(5-4)直接传递给焊丝(8)，在焊丝(8)端部产生附加机械力，熔滴在附加机械力、重力及电弧(9)的等离子流力的联合作用下脱离焊丝端部表面张力的约束，在未长成较大尺寸前发生脱落，以细小的颗粒过渡到焊接熔池中。由于熔滴尺寸的减小和及时的脱落，避免了熔滴过多吸收电弧能量而导致熔滴过热，熔滴以细小颗粒的形式进入熔池，降低了对焊接熔池的冲击，飞溅量更少，同时有利于减少气孔、未熔合等缺陷，焊缝组织细密，组织均匀性更好。具体实例：对尺寸为Φ76mm×(7+2)mm的Q235/316L复合管，开带钝边的V形坡口，钝边高度为1.5mm，焊丝为Φ1.2mm的HS316L，焊接电流为130～160A，送丝速度为1.5～2m/min，振动频率为10次/秒，焊接速度为103r/min，采用机械振动辅助熔滴过渡TIG新方法及装置获得了成形良好的焊接接头。

实施例3：焊丝为硬度较低、刚性较差的材料，如锡。此时触头(5-4)与送丝嘴(7)外壁直接接触，避免机械振动导致焊丝(8)变形，破坏自动送丝过程的连续性，振动由触头(5-4)传递给送丝嘴(7)，再传递给焊丝(8)，并在焊丝(8)端部产生附加机械力，其他步骤、连接方式和原理与实施例2相同。

通过调节辅助机械振动装置(5)内置驱动电机的转速，可实现振动杆(5-3)在2～30次/秒频率范围内的机械振动，直径较大的焊丝可选择较高的振动频率，直径较小的焊丝可匹配较低的振动频率，具体的频率选择还要考虑实际的焊接工艺参数进行确定。

实施例4：本发明的目的在于解决常规自动填丝TIG焊中焊丝端部熔滴不易过渡、热输入量大、焊接效率低等问题而提供的一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置。为实现上述目的，本发明提供了一种机械振动辅助熔滴过渡TIG焊方法。该方法通过以下步骤实现：在自动送丝系统中引入辅助机械振动装置，焊丝经导管、送丝嘴后进入电弧弧柱区域。送丝嘴固定于机架上，通过辅助机械振动装置施加频率可调的机械振动，使焊丝进行机械振动，在焊丝端部产生附加的机械力，使熔滴在附加机械力、重力和电弧力的作用下摆脱焊丝端部表面张力的约束，在未长成较大尺寸前发生脱落，以细小颗粒的形式进入焊接熔池，减少熔滴对电弧能量的吸收，加快熔滴向熔池过渡的频率，降低热输入量进而实现冷金属过渡。同时，本发明还提供了一种机械振动辅助熔滴过渡TIG焊装置，主要由常规TIG电源系统、送丝机、辅助机械振动装置、导管、送丝嘴、机架等部分组成。送丝机与导管相连接，导管与送丝嘴相连接，送丝嘴固定于机架上，辅助机械振动装置一端固定于机架，一端与送丝嘴相接触，辅助机械振动装置施加机械振动，使焊丝产生机械振动，在辅助机械振动作用下进行并完成焊接过程。

本发明还进一步提供了一种实现机械振动辅助熔滴过渡TIG焊的辅助机械振动装置，该辅助机械振动装置由机身、振动杆、缓冲弹簧、触头等部分组成，机身内置驱动电机和传动装置，通过传动装置将内置驱动电机的旋转运动转化为振动杆的上下往复振动，传动杆与触头之间为螺纹连接，安装时通过调整螺纹旋入长度使缓冲弹簧处于微压状态，并通过调节内置驱动电机的转速实现振动杆频率可调的机械振动，振动频率范围2～30次/秒。

Claims (4)

1.一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，它是由TIG电源(1)、机架(2)、送丝机(3)、导管(4)、辅助机械振动装置(5)、送丝嘴(7)和焊丝(8)组成的，其特征在于：送丝机(3)连接导管(4)，导管(4)连接送丝嘴(7)，送丝嘴(7)与机架(2)牢固连接，辅助机械振动装置(5)固定于机架(2)。

2.根据权利要求1所述的一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，其特征在于：所述的辅助机械振动装置(5)包括机身(5-1)、缓冲弹簧(5-2)、振动杆(5-3)和触头(5-4)，由机身内置驱动电机和传动装置带动振动杆(5-3)上下往复振动，振动杆(5-3)与触头(5-4)之间为螺纹连接，振动杆(5-3)与触头(5-4)间套有缓冲弹簧(5-2)，安装时通过调整振动杆(5-3)和触头(5-4)间的螺纹旋入长度使缓冲弹簧(5-2)处于微压状态。

3.根据权利1所述的一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，其特征在于：所述的机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，针对不同材质的焊丝，可选择不同的振动接触位置，对于材质较硬、刚度较好的焊丝，可将送丝嘴(7)开适当尺寸的工艺槽，使触头(5-4)直接接触焊丝(8)，使振动传递效果更加充分，开槽的具体尺寸根据触头(5-4)前端尺寸考虑；对于锡等材质软、刚度差的焊丝使触头(5-4)与送丝嘴(7)外壁直接接触，使振动由送丝嘴(7)传递给焊丝(8)防止由于物理振动接触使焊丝变形影响自动送丝过程的连续性。

4.一种由权利要求1所述的机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置实现的机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：启动TIG焊电源系统(1)，引燃电弧(9)加热工件，待电弧(9)稳定，形成熔池后启动送丝机(3)实现焊丝(8)自动送进，开始焊接过程；

步骤二：启动辅助机械振动装置(5)，振动杆(5-3)、触头(5-4)产生机械振动，使焊丝产生机械振动，在辅助机械振动作用下进行焊接；

步骤三：焊接过程完毕后，关闭TIG电源系统(1)，再关闭辅助机械振动装置(5)。

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