CN103028820B - 一种利用四丝一体式高速焊焊接系统进行焊接的方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四丝一体式高速焊焊接系统及方法,包括位于中心的内丝和均匀分布在外围的三根外丝,外丝采用脉冲电流进行焊接,周期性的脉冲电流可以对熔池金属产生震荡作用,增强对熔池的搅拌作用,从而细化晶粒,提高焊缝韧性,改善焊缝性能,而且能有效的控制焊接热输入量,消除因热输入增大而造成的焊缝质量下降问题,内丝可用于增加焊丝熔敷量。采用四丝一体式高速焊焊接方法,由于四根焊丝的高效熔敷率,焊接效率与双丝焊相比提高3-6倍,与三丝焊相比提高1.5-2倍。

Description

一种利用四丝一体式高速焊焊接系统进行焊接的方法和应 用
技术领域
[0001] 本发明属于焊接工艺技术领域,涉及一种焊接方法,特别是四丝一体式高速焊焊 接系统及方法和应用。
背景技术
[0002] 在建筑业及造船业中针对中厚板的焊接,如何实现高效、优质焊接一直是焊接工 作者致力研宄的课题。近年来,德国、日本、奥地利、瑞士等公司在多根焊丝配以单个或多个 电源方面进行焊接开展了大量的研宄工作,在提高焊接生产速度和金属熔敷率方面取得了 一些实用化的成果。其中比较有影响的有德国的CLOOS公司的Tandem Twin Arc焊接工艺 和瑞典的AGAAB公司的Rapid-Melt焊接工艺。此外,日本在双弧焊方面亦进行了广泛的研 宄。上海交通大学和日本神户制钢公司针对三丝焊焊接方法也已开展了一些研宄。但是上 述焊接方法除了双丝焊已经广泛应用以外,均存在设备工艺复杂或机理不明确等问题,仍 处于研宄之中。
发明内容
[0003] 本发明为克服上述的现有技术中的不足,提供一种四丝焊一体式高速焊焊接系统 和方法,该焊接方法,焊接速度快、熔深大,熔敷效率高。
[0004] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
[0005] -种四丝一体式高速焊焊接系统及方法,所述四丝由三根外围焊丝和一根中间焊 丝组成,所述三根外围焊丝在工件表面的3个投影点(即导电嘴和焊丝端点在工件表面的 投影)之间的连线组成等边三角形,所述一根中间焊丝在工件表面的投影点(即导电嘴和 焊丝端点在工件表面的投影)位于上述等边三角形的中心。所述外丝投影点之间的距离 L(导电嘴中央的距离)为8-20mm为宜,参照附图1一3。
[0006] 实际焊接时,首先根据上述结构分别固定四根焊丝及其导电嘴,该焊接方法的实 现方式具体可采用如下技术方案:
[0007] 第一种情况,三根外围焊丝相互之间不绝缘
[0008] 均匀布置三根外围焊丝(即外丝,直径可选择1. 2mm),相互之间不绝缘,使用直流 反接的接线方式,三根外丝的电源可以采用直流或脉冲式焊接电源。外丝采用脉冲电流进 行焊接时,其加热方式不同于普通直流焊接,周期性的脉冲电流可以对熔池金属产生震荡 作用,增强对熔池的搅拌作用,从而细化晶粒,提高焊缝韧性,改善焊缝性能,而且能有效的 控制焊接热输入量,消除因热输入增大而造成的焊缝质量下降问题;
[0009] 中间布置一根焊丝(称为内丝,直径为1. 2mm或1. 6mm),该内丝与其它三根外丝之 间均绝缘,可采用冷送丝(即不通电的情况下直接进行送丝)或直流正接的接线方式,目的 在于增加焊丝熔敷量,电源可以采用直流或脉冲式焊接电源。外丝和内丝采用极性相反的 接线方式,可以减小在大电流情况下,电弧之间的电磁干扰和磁偏吹,有利于获得良好的焊 缝质量。三根外丝由同一焊接电源供电。内丝则由另一焊接电源供电,从而可以实现独立 调节。具体的焊接电流波形图参照图4和5所示。
[0010] 所述三根外丝和内丝各自连接一套送丝系统,连接同一保护气系统和焊接电源。
[0011] 第二种情况,三根外围焊丝之间相互绝缘,根据采用的焊接电流方式,可以分为三 种情况:
[0012] 情况1,三根外丝采用脉冲式焊接电源,应用三丝脉冲焊电流相位控制技术,实现 每根外丝中焊接电流脉宽比均为1/3, 1:和12、12和13、13和I i间相位差均为60°,焊丝电 弧在三根外丝上轮流燃烧,详细焊接电信号波形见图6所示。外丝采用直流(脉冲)反接, 可以对工件进行有效的加热。内丝采用直流正接,加快其熔化,提高焊丝熔敷速率。在此方 案中,为了减小电弧之间的干扰,要实现三根外丝轮流燃弧,即其中一外丝处于峰值时,其 余两根外丝处于基值,所以该三根外丝需各自独立连接一套送丝机构和焊接电源。而内丝 则由第四个焊接电源供电。当三根外丝轮流燃弧时,会形成电弧旋转的现象,该情况会促使 电弧更集中,电弧能更有效的用于加热工件,实现高效焊接。
[0013] 情况2,外丝3采用恒流直流反接,外丝1和2采用电流相位相反的脉冲焊接电流, 1和1 2脉宽比一样,在1/3和1/15之间数值均可,I :和I 2间相位差定为180°,内丝采用 直流正接,详细焊接电信号波形见图7所示。
[0014] 情况3,外丝3采用脉冲焊接电流,外丝1和2采用恒流直流反接,内丝采用直流正 接,详细焊接电信号波形见图8所示。
[0015] 所述三根外丝和内丝连接同一保护气系统,但所述三根外丝各自连接一套送丝系 统和焊接电源,同时还配备一个脉冲控制器与三个焊接电源相连,实现三根外丝之间焊接 电流相位控制;而内丝则独自连接一套送丝系统和焊接电源;所述焊接电源的两极分别与 焊丝送丝机构和待焊工件相连。
[0016] 在焊接系统中还可以包括电流传感器和电压传感器,用于测量焊接电源输出的电 流和电压信号。
[0017] 在进行焊接时,首先将焊接电源的两极分别与焊丝和待焊工件相连;其次分别设 置四丝对应的送丝速度、焊接电压和焊接速度,利用脉冲控制器控制焊机为输出脉冲形式 的焊接电压和电流信号,并设置焊接峰值电流和基值电流、脉宽比和脉冲频率;最后,施焊。 其中
[0018] 所述外丝送丝速度为5-10m . min、
[0019] 所述内丝送丝速度为6-12m . mirT1。
[0020] 所述焊接速度为〇• 8-2m . mirT1。
[0021] 所述峰值电流为250- 800A。
[0022] 所述基值电流为50- 150A。
[0023] 所述脉宽比为20% - 50%。
[0024] 所述脉冲频率为10- 200Hz。
[0025] 本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
[0026] 1.采用四丝一体式高速焊焊接方法,由于四根焊丝的高效熔敷率,焊接效率与双 丝焊相比提高3- 6倍,与三丝焊相比提高1. 5- 2倍。
[0027] 2.采用技术方案2中描述的脉冲四丝一体式高速焊焊接方法,由于脉冲的电磁搅 拌作用,粗大的柱状组织减少,根据国家标准GB/T229-1994,采用标准夏氏V型缺口进行冲 击试验,发现冲击韧性提高8 % -15%。
附图说明
[0028] 图1四丝一体式高速焊接方法中焊丝空间位置示意图(1),在XOY面的投影关 系,•为焊丝的投影,L为在导电嘴端部平面中,两外丝所在导电嘴之间的距离。
[0029] 图2四丝一体式高速焊接方法中焊丝空间位置示意图(2),在ZOY面的投影关系, 内丝和外丝3重合,只显示靠前的内丝。
[0030] 图3四丝一体式高速焊接方法中焊丝空间位置示意图(3),在ZOX面的投影关系, 外丝1和外丝2重合,只显示靠前的外丝1。
[0031]图4三根外围焊丝相互之间不绝缘情况下的焊接电流波形图(1),其中L为内丝 的焊接电流;Ip12和I3分别为三根外丝的焊接电流。
[0032]图5三根外围焊丝相互之间不绝缘情况下的焊接电流波形图(2),其中L为内丝 的焊接电流;Ip12和I 3分别为三根外丝的焊接电流。
[0033] 图6三根外围焊丝之间相互绝缘情况下的焊接电流波形图(1),其中^为内丝的 焊接电流;Ip12和I 3分别为三根外丝的焊接电流。
[0034] 图7三根外围焊丝之间相互绝缘情况下的焊接电流波形图(2),其中^为内丝的 焊接电流;Ip12和I 3分别为三根外丝的焊接电流。
[0035]图8三根外围焊丝之间相互绝缘情况下的焊接电流波形图(3),其中^为内丝的 焊接电流;Ip12和I 3分别为三根外丝的焊接电流。
具体实施方式
[0036] 下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
[0037] 如图1-3所示,四丝由三根外围焊丝和一根中间焊丝组成,所述三根外围焊丝在 工件表面的3个投影点(即导电嘴和焊丝端点在工件表面的投影)之间的连线组成等边三 角形,所述一根中间焊丝在工件表面的投影点(即导电嘴和焊丝端点在工件表面的投影) 位于上述等边三角形的中心。所述外丝投影点之间的距离L(导电嘴中央的距离)为8- 20謹为宜。
[0038] 利用前面所描述的技术方案,进行焊接工艺试验。焊接系统主要包括:林肯焊机 DC600 (1台),林肯焊机V350 (3台)。天津大学焊接实验室研制的三丝脉冲协调控制器(1 台),霍尔电压传感器(1台),电流传感器(1台)等设备。
[0039] 实施方式1 :采用四丝一体式高速焊接方法,实施平板对接试验,针对三根外围焊 丝相互之间不绝缘的情况,具体实施步骤如下
[0040] (1)焊前准备工作:准备试板(厚度30mm),开单面V型坡口,对接坡口角度为60 度。外丝和内丝分别采用直流反接和直流正接的接线方式。所用的焊材由天津大桥焊材集 团有限公司生产,焊丝型号为H〇8Mn2Si,直径1. 2mm和1. 6mm ;
[0041] (2)焊机安装调试步骤,包括安装电流脉冲控制器、电流和电压传感器,安装方法 为焊机正极输出的电缆穿过电流传感器中的霍尔环,电压传感器分别接在焊机输出正负极 两端,安装完毕并分别设置四根焊丝的送丝速度和焊接速度,具体焊接参数如表1所示;
[0042] (3)焊接步骤,启动电焊机后,进入焊接过程,可选择如附图4、5所示的电流波形 进行焊接。
[0043] 表1四丝一体式高速焊接焊接参数
Figure CN103028820BD00061
[0045] 实施方式2 :采用四丝一体式高速焊接方法,实施平板对接试验,针对三根外围焊 丝之间相互绝缘的情况,具体实施步骤如下:
[0046] (1)步骤1同上;
[0047] (2)焊机安装调试步骤,安装完毕并设置焊接峰值电流和基值电流、脉宽比、脉冲 频率、送丝速度和焊接速度,具体焊接参数如表2所示;
[0048] (3)焊接步骤,启动电焊机后,进入焊接过程,选择附图6所示的电流波形进行焊 接,三根外丝之间的电流相差均为60°
[0049] 表2四丝一体式高速焊接焊接参数
Figure CN103028820BD00062
[0051]
Figure CN103028820BD00071
[0052] 在上述两种情况下,所述外丝送丝速度为5-10m . mirT1。所述内丝送丝速度为 6一12m . mirT1。所述焊接速度为0. 8 -2m . mirT1。所述峰值电流为250-800A。所述基 值电流为50- 150A。所述脉宽比为20% - 50%。所述脉冲频率为10- 200Hz。
[0053] 针对实施方式1,还可以采用三根外丝的电源采用直流或脉冲式焊接电源,同时内 丝为冷送丝的方案;针对实施方式2,可根据附图7和8显示的波形图,设置内丝和三根外 丝的电流波形,以实现焊接。
[0054] 以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,该焊接方法不仅适用于气体保 护焊,还适用于埋弧焊。在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他 本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1. 一种利用四丝一体式高速焊焊接系统进行焊接的方法,其特征在于,均匀布置三根 外丝,相互之间不绝缘,使用直流反接的接线方式,三根外丝的电源采用直流或脉冲式焊接 电源;中间布置一根焊丝,与其它三根外丝之间均绝缘,采用冷送丝或直流正接的接线方 式,电源采用直流或脉冲式焊接电源;在四丝一体式高速焊焊接系统中,所述四丝由三根外 丝和一根中间焊丝组成,所述三根外丝在工件表面的3个投影点之间的连线组成等边三角 形,所述一根中间焊丝在工件表面的投影点位于上述等边三角形的中心。
2. 根据权利要求1所述的一种利用四丝一体式高速焊焊接系统进行焊接的方法,其特 征在于,所述外丝投影点之间的距离为8 - 20mm。
3. 根据权利要求1所述的一种利用四丝一体式高速焊焊接系统进行焊接的方法,其 特征在于,在进行焊接时,首先将焊接电源的两极分别与焊丝和待焊工件相连;其次分别设 置四丝对应的送丝速度、焊接电压和焊接速度,利用脉冲控制器控制焊机为输出脉冲形式 的焊接电压和电流信号,并设置焊接峰值电流和基值电流、脉宽比和脉冲频率;最后,施焊, 其中所述三根外丝送丝速度为5-IOm . mirf1;所述一根中间焊丝送丝速度为6-12m . min-1;所述焊接速度为0.8-2m . min-1;所述峰值电流为250-800A;所述基值电流为50- 150A ;所述脉宽比为20% - 50% ;所述脉冲频率为10- 200Hz。
4. 如权利要求1一3之一所述的焊接方法在气体保护焊或者埋弧焊中的应用。
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