CN102896400B - 一种焊丝自转式熔化极焊接方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：在熔化极焊接过程中，焊丝在向下不断送进的过程中，进行自转，焊丝自转采用PLC编程控制的伺服电机驱动及PLC程序实现焊丝的恒速同向自转或脉动同向自转或双向脉动自转，并涉及实现该方法的装置。本发明的有益效果是通过焊丝沿焊丝轴心的自转实现对熔滴过渡的控制，减小短路电流，实现低热输入、无飞溅的熔化极焊接过程。

Description

一种焊丝自转式熔化极焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种基于焊丝自转式的熔化极焊接方法及其装置。
背景技术
随着制造业的不断发展与焊接技术的不断革新，薄板结构及异种金属冷焊需求越来越迫切。目前基于薄板焊接以及异种金属之间的熔化连接逐渐成为焊接技术领域的研究热点。由于熔化极焊接技术易于实现自动化、可进行全位置焊接、节能及接头质量好等优点，因此其在薄板结构及异种金属焊接方面具有较大的应用前景。
熔化极焊接时，焊丝熔化作为填充金属从而形成焊缝，众所周知，在电弧热的作用下，焊丝端头的熔化金属会在端部形成熔滴，熔滴稳定地向工件上的熔池中过渡是形成焊缝的关键因素。
熔滴过渡方式有很多种，其中短路过渡由于存在熔滴与熔池的周期性短路，因此其焊接热输入最易于控制，普通熔化极短路过渡焊接时，当在电弧作用下形成的液态熔滴与熔池接触短路时，液态金属与熔池接触以后形成液相桥，传统熔化极焊接方法通过施加较大的焊接电流产生较强的电磁力，在电磁力的作用下使液相桥爆断，液态金属从而流入熔池。
此类传统熔化极短路过渡焊接方法由于采用了大的短路电流，因此往往容易出现飞溅，并且增加了焊接过程中的热输入。针对上述问题，现有的如美国专利US2009026188A1，为了控制熔滴短路过渡过程及焊接热输入问题，采用了焊丝反向运动的方式，也就是当熔滴与熔池接触形成液相桥以后，焊丝瞬间向上运动，从而外加一个反向力拉断液相桥，因而在熔 滴短路过渡的过程中便可以降低短路电流，进而可以降低焊接热输入。
目前通过外加驱动力的方式提高焊接过程质量的方式还有旋转电弧窄间隙焊接装置，这种方法的原理主要基于设计偏心导电管或者偏心导电嘴改变焊丝端部的运动轨迹，如中国专利200510038527.4主要通过空心电机带动偏心导电嘴运动实现电弧的旋转，焊丝本体并不进行自转。这种方法由于只是实现了电弧的旋转，只是改变了电弧加热位置的不断变化，因此只能在厚板焊接时，用电弧偏离轴心的旋转来增加电弧对坡口侧壁的加热，消除侧壁的熔合不良问题，同时，由于焊丝端部的空间位置不断变化，因此也不能稳定地在熔池和焊丝之间实现液相桥，也就无法实现稳定的短路过渡，不能实现上述美国专利所谓的低热输入焊接过程。
发明内容
为了实现低热输入的熔化极焊接短路过渡过程，本发明提供了一种焊丝自转式熔化极焊接方法及其装置，通过焊丝本体的有序自转，实现熔化极焊接时液相桥的失稳破断，降低短路过渡对焊接大电流的要求，进而降低焊接过程中的热输入，实现薄板及异种金属连接的需求。采用上述方法及装置的熔化极短路过渡过程如下：当熔滴与熔池接触以后形成液相桥，焊丝由于进行自转运动，因此可以对液相桥施加扭转力，进而将液相桥“扭断”，而不需要较高的短路电流，即可以把短路电流有效降低，进而可以极大地降低焊接热输入，最终实现低热输入条件下薄板及异种金属的连接。
本发明所采用的技术方案是：在熔化极焊接过程中，焊丝在向下不断送进的过程中，进行自转，焊丝自转采用PLC编程控制的伺服电机驱动及PLC程序实现焊丝的恒速同向自转或脉动同向自转或双向脉动自转。
所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：熔化极焊接过程中， 焊接电源1的正极输出通过静止石墨电刷15与导电铜环16相连，导电铜环16通过导电管17与焊接导电嘴19连通，焊接电流由焊接电源1正极输出，通过导线流过石墨电刷15，通过石墨电刷15与导电铜环16的接触导电而流经导电铜环16，再经过导电管17传输电流到导电嘴19，导电嘴19与焊丝之间通过导电在工件21与焊丝本体4之间引燃电弧20形成焊接电流回路，焊丝盘2、焊丝本体4、连接杆22、导电铜环16、导电管17及导电嘴19沿焊丝中心轴线作相同角度自转运动。
所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：焊接过程中，石墨电刷处于静止状态，包括焊丝盘(2)、连接杆(22)、导电铜环(16)、导电管(17)、导电嘴(19)以及焊丝本体(4)在内的部位沿焊丝轴线发生相同方向和角度的自转。
所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：焊接回路中电刷的类型可以使用天然石墨或金属石墨或电化石墨。
所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：普通焊丝进行焊接时在喷嘴支架11与导电管17之间增加滚针轴承或者深沟球轴承，在喷嘴支架11上设置气体输入管13。
实现焊丝自转式熔化极焊接方法的装置，包含焊丝盘2、焊丝盘支架3，连接杆22、导电铜环16、导电管17，其特征在于：该装置通过自转驱动电机(M2)9驱动导电管17发生自转运动，导电管17与送丝滚轮7和送丝电机(M1)8组合成的送丝系统采用螺栓联接在一起，送丝系统上部通过连接杆22与焊丝盘支架3通过螺栓联接，焊丝盘2、焊丝盘支架3、连接杆22、由送丝滚轮7和送丝电机(M1)8组合成的送丝系统以及导电管17固定联接在一起，外部通过轴承5与行走支架6配合，实现焊接过程中焊丝自转的运动过程，焊接时，焊接电源通过正极输出电流，通过静 止的石墨电刷15与自转运动的导电铜环16的导电实现整个焊接回路导通焊接。
本发明的有益效果是通过焊丝沿焊丝轴心的自转实现对熔滴过渡的控制，减小短路电流，实现低热输入、无飞溅的熔化极焊接过程。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
由图1所示，本发明包括：1-焊接电源、2-焊丝盘、3-焊丝盘支架、4-焊丝本体、5-轴承、6-行走支架、7-送丝滚轮、8-送丝电机M1、9-自转电机M2、10-传动齿轮1、11-喷嘴支架、12-传动齿轮2、13-保护气体导入口、14-喷嘴罩、15-石墨电刷、16-导电铜环、17-导电管、18-节流铜丝网、19-导电嘴、20-自转电弧、21-母材、22-连接杆。
由图1所示，整个焊接供电回路由焊接电源正极-石墨电刷-导电铜环-导电管-导电嘴-焊丝本体-自转电弧-工件-焊接电源负极组成，在压紧弹簧的作用下，石墨电刷15与导电铜环16之间发生相对摩擦运动，同时两者通过摩擦接触实现导电，这样就在焊接电缆无缠绕的情况下，实现焊接回路的导通。焊接过程中，行走支架6、喷嘴支架11、石墨电刷15、喷嘴罩14、节流铜丝网18不产生自转，包括焊丝盘2、焊丝盘支架3、导电铜环16、导电管17、连接杆22、导电嘴19以及焊丝4在内的都要发生沿焊丝轴线的自转；自转电机M2、传动齿轮10和12、轴承构成焊接自转动力机构部分，自转速度及方向可以调节，从而可以获得要求的自转方式。送丝电机M1、送丝滚轮7和送丝速度控制系统配合，将焊丝4送入连接杆22和导电管17，从导电嘴19送出，其送丝速度可以根据焊接条 件进行调节。可调喷嘴支架11、喷嘴罩14、节流铜丝网18、保护气体导入口13等构成喷嘴机构部分，可调喷嘴支架11固定在行走支架6上，采用手动丝杠调节，根据焊接过程调节喷嘴的高度，达到更好的保护效果。通过上述结构之间的配合与协调，便可以实现在焊接过程中焊丝的自转，最终实现对熔滴短路过渡过程的优化，降低焊接热输入，实现薄板结构及异种金属之间的连接。
在实际应用中，本领域的技术人员完全可以在本发明的技术方案内，合理选择其他的设计方法和参数，但与本发明所保护的技术方案实质性相同，仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：在熔化极焊接过程中，焊丝在向下不断送进的过程中，进行自转，焊丝自转采用PLC编程控制的伺服电机驱动及PLC程序实现焊丝的恒速同向自转或脉动同向自转或双向脉动自转；熔化极焊接过程中，焊接电源(1)的正极输出通过静止石墨电刷(15)与导电铜环(16)相连，导电铜环(16)通过导电管(17)与焊接导电嘴(19)连通，焊接电流由焊接电源(1)正极输出，通过导线流过石墨电刷(15)，通过石墨电刷(15)与导电铜环(16)的接触导电而流经导电铜环(16)，再经过导电管(17)传输电流到导电嘴(19)，导电嘴(19)与焊丝之间通过导电在工件(21)与焊丝本体(4)之间引燃电弧(20)形成焊接电流回路，焊丝盘(2)、焊丝本体(4)、连接杆(22)、导电铜环(16)、导电管(17)及导电嘴(19)沿焊丝中心轴线作相同角度自转运动。
2.根据权利要求1所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：焊接过程中，石墨电刷处于静止状态，包括焊丝盘(2)、连接杆(22)、导电铜环(16)、导电管(17)、导电嘴(19)以及焊丝本体(4)在内的部位沿焊丝轴线发生相同方向和角度的自转。
3.根据权利要求1所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：焊接回路中电刷的类型可以使用天然石墨或金属石墨或电化石墨。
4.根据权利要求1所述的焊丝自转式熔化极焊接方法，其特征在于：普通焊丝进行焊接时在喷嘴支架(11)与导电管(17)之间增加滚针轴承或者深沟球轴承，在喷嘴支架(11)上设置气体输入管(13)。
5.根据权利要求1所述的焊丝自转式熔化极焊接方法的装置，包含焊丝盘(2)、焊丝盘支架(3)，连接杆(22)、导电铜环(16)、导电管(17)，其特征在于：该装置通过自转驱动电机M2(9)驱动导电管(17)发生自转运动，导电管(17)与送丝滚轮(7)和送丝电机M1(8)组合成的送丝系统采用螺栓联接在一起，送丝系统上部通过连接杆(22)与焊丝盘支架(3)通过螺栓联接，焊丝盘(2)、焊丝盘支架(3)、连接杆(22)、由送丝滚轮(7)和送丝电机M1(8)组合成的送丝系统以及导电管(17)固定联接在一起，外部通过轴承(5)与行走支架(6)配合，实现焊接过程中焊丝自转的运动过程，焊接时，焊接电源通过正极输出电流，通过静止的石墨电刷(15)与自转运动的导电铜环(16)的导电实现整个焊接回路导通焊接。
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