CN103111729A - 三钨极tig电弧与高频电弧复合焊接方法 - Google Patents

三钨极tig电弧与高频电弧复合焊接方法 Download PDF

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Abstract

三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，属于焊接技术领域。本发明将三钨极TIG电弧与高频电弧耦合形成一种热源聚集在焊接位置，形成熔池。所述的三钨极TIG电弧采用三台焊机分别对三个钨极供电，三根钨极彼此绝缘，三个钨极产生的电弧在自收缩作用下汇聚成一个大电弧，作用在焊接位置，电弧采用内气和外气两层保护气保护。本发明有效降低了电弧压力，可大幅提高焊接速度，同时减小了热输入，降低了热影响区的宽度，焊接过程稳定，焊缝成型良好，复合高频电弧后，对熔池的搅拌作用增强，可有效的清除气孔，细化晶粒。

Description

三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接工程技术领域的一种复合热源的高效节能焊接技术，具体是一种针对中厚航天高强铝合金板的三钨极TIG电弧+高频电弧复合焊接工艺。
背景技术
钨极氩弧焊是一种高品质的焊接方法，其焊接过程中没有熔滴过渡，不会造成熔滴飞溅，焊接电弧稳定性好，焊缝成型优良，得到了广泛的应用，尤其适用于精密焊接和高质量要求的焊接场合。但是，钨极氩弧焊熔覆率低，焊接速度慢，焊接生产率不高，大电流高速焊接时作用在工件上的电弧压力容易过高或失稳，极易形成咬边和驼峰。因此需要发明一种新的工艺来减小电弧压力，改善焊接成型，以达到低热输入、高速稳定焊接的效果，提高焊接生产效率。传统的焊接中还容易出现很多缺陷，如焊接气孔（特别是铝合金的焊接），焊接热输入大，热影响区宽，焊缝晶粒组织粗大，焊接过程中减小或消除这些缺陷也是当前研究的重要部分。
本专利是采用三钨极氩弧焊和高频电弧复合的焊接工艺，其电弧压力比传统钨极氩弧焊低，可实现高速稳定的焊接，同时复合高频能量，在电磁振荡的作用下可有效的清除气孔，细化晶粒，该工艺在装置的成本和工业化适用性等方面都有较大的技术优势。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种新的焊接工艺，主要适用于中厚航天高强铝合金板的焊接，焊接速度能提高到传统TIG焊接的5倍（以上），焊接热输入小，而且能将对接焊缝的深宽比控制在1：2之内，减小了焊缝热影响区范围和部分金属的固溶强化的损伤，三钨极TIG电弧与高频电弧复合后，高频能量对焊接熔池的搅动作用可有效的清除气孔，细化晶粒，使接头达到良好的综合力学性能。
本发明主要是通过如下技术方案实现的：
一种对中厚航天高强铝合金板的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，铝合金板的板厚为4mm-10mm，将三钨极TIG电弧与高频电弧耦合形成一种热源聚集在焊接位置，形成熔池。
所述的三钨极TIG电弧采用三台焊机分别对三个钨极供电，三根钨极彼此绝缘，三个钨极产生的电弧在自收缩作用下汇聚成一个大电弧，作用在焊接位置，电弧采用内气和外气两层保护气保护。
基于三钨极TIG电弧，其内气使用高纯氩气、氦气或氩氦混合气，气体在三根钨极之间输出，气流量为1-5L/min，外气使用普通氩气或高纯氩气，气体在三根钨极周围输出，气流量为10-20L/min。
所述的三钨极TIG电弧，其三根钨极为半圆柱形，焊接时，对于厚度为4-6mm的航天高强铝合金板，钨极直径为3-5mm，钨极间隙为0.5-1.0mm，对于厚度为6-10mm的航天高强铝合金板，钨极直径大于等于5mm，钨极间隙1.0-1.5mm。
所述的三钨极TIG电弧，焊接时，其中一个钨极间隙应正对于焊接方向，高频电弧复合在远离焊接方向的一根钨极上。
所述的高频电弧为直流脉冲电弧，脉冲频率为20KHz-25KHz，脉冲基值为0，峰值为100-200A。
三钨极TIG的电源与高频电源并联。
焊接起弧时，先对三钨极TIG电弧进行起弧操作，当三钨极TIG电弧稳定燃弧时，再对高频电弧进行起弧操作。
所述的三钨极TIG电弧，当单个钨极有效电流小于等于150A时，钨极之间间隙在0.5mm-1.0mm之间。当单个钨极有效电流大于150A时，钨极之间间隙在1.0mm-1.5mm之间。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明有效降低了电弧压力，可大幅提高焊接速度，同时减小了热输入，降低了热影响区的宽度，焊接过程稳定，焊缝成型良好，复合高频电弧后，对熔池的搅拌作用增强，可有效的清除气孔，细化晶粒，提高焊接接头的强度，得到优质的焊接接头，大幅提高了生产效率。
附图说明
图1是三根钨极的位置示意图，图中1为钨极，2为钨极间隙。
图2是焊接时三根钨极的方向示意图，图中1为钨极，2为钨极间隙。
图3是三钨极TIG电弧与高频电弧的复合方式示意图，图中3为被焊工件。
图4是三钨极TIG电弧+高频电弧复合焊接工艺的实现方法示意图，图中3为被焊工件。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实例进行详细说明，本实例在本发明技术方法的前提下进行实施，给出了详细的实施方法和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实例。
在发明中，使用三钨极氩弧焊枪，在其中一根钨极上并入高频电源，高频电弧与三根钨极汇聚成的主电弧耦合形成一种更新的电弧，该电弧作用在工件被焊处形成一个熔池，显著降低电弧压力，提高焊接速度，减小热输入，并在焊接过程中清除焊接气孔，细化晶粒，提高焊接质量。
所述三钨极TIG电弧三根钨极为半圆柱体，平面侧向里，钨极位置如图1所示，根据被焊工件的板厚的不同采用不同直径的钨极和钨极间隙，被焊板材厚度为4-6mm时，钨极直径为3-5mm，钨极间隙为0.5-1.0mm，被焊板材厚度为6-10mm时，钨极直径大于等于5mm，钨极间隙1.0-1.5mm。焊接时钨极接电源负极，工件接电源正极。
所述三钨极TIG电弧在焊接时钨极排列方向如图2所示，钨极间隙应正对于焊接方向，可使焊接过程更加稳定，减小焊瘤、咬边等缺陷。所述的高频电弧为直流脉冲，脉冲基值为0，脉冲峰值为100A-200A，脉冲频率为20KHz-25KHz。
所述的三钨极TIG电弧+高频电弧复合焊接工艺，复合位置如图3所示，高频电弧复合在远离焊接方向的一根钨极上，即钨极3，这根钨极在焊接过程中正对熔池中心，当高频复合在这根钨极上时，高频产生的电磁振荡可有效的对熔池起到搅动的作用，以达到清除气孔、细化晶粒的作用。
所述的三钨极TIG电弧+高频电弧复合焊接工艺，焊接方法示意图如图4所示。
本实例用于焊接尺寸（试板）为300mm×150mm×6mm(长×宽×厚)的航天高强铝铜系铝合金（中厚度板），焊接的接头形式为：对接、不开坡口、接头无间隙。
如图1所示，使用的钨极直径为5mm，钨极间隙在1.0mm-1.5mm之间。
如图2所示，使其中两根钨极的间隙正对焊接方向。
如图3所示，将高频电源连接到远离焊接方向的一根钨极上，即钨极3上，采用直流正接方式，即钨极接负极，工件接正极。所用脉冲峰值为150A，基值为0，脉冲频率25KHz。
如图4所示，将三根钨极分别与三个焊接电源连接，钨极接电源负极，工件接电源正极。三个电源均采用特殊交流焊接，交流155A，频率100Hz，占空50%，直流155A。直流与交流交换频率8Hz。焊接速度为0.8m/min，内气使用氦气，流量1L/min，外气使用高纯氩气，流量15L/min。
在上述参数下，先对航天高强铝合金板焊前进行机械或者化学清理。然后引燃高能TIG电弧，之后复合高频电源，产生复合作用，形成熔池，进行高速高效焊接。

Claims (9)

1.三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，铝合金板的板厚为4mm-10mm，其特征在于，将三钨极TIG电弧与高频电弧耦合形成一种热源聚集在焊接位置，形成熔池。
2.根据权利要求1所述的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征在于：所述的三钨极TIG电弧采用三台焊机分别对三个钨极供电，三根钨极彼此绝缘，三个钨极产生的电弧在自收缩作用下汇聚成一个大电弧，作用在焊接位置，电弧采用内气和外气两层保护气保护。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，基于三钨极TIG电弧，其内气使用高纯氩气、氦气或氩氦混合气，气体在三根钨极之间输出，气流量为1-5L/min，外气使用普通氩气或高纯氩气，气体在三根钨极周围输出，气流量为10-20L/min。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征是，所述的三钨极TIG电弧，其三根钨极为半圆柱形，焊接时，对于厚度为4-6mm的航天高强铝合金板，钨极直径为3-5mm，钨极间隙为0.5-1.0mm，对于厚度为6-10mm的航天高强铝合金板，钨极直径大于等于5mm，钨极间隙1.0-1.5mm。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征是，所述的三钨极TIG电弧，焊接时，其中一个钨极间隙应正对于焊接方向，高频电弧复合在远离焊接方向的一根钨极上。
6.根据权利要求1所述的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征是，所述的高频电弧为直流脉冲电弧，脉冲频率为20KHz-25KHz，脉冲基值为0，峰值为100-200A。
7.根据权利要求1所述的中厚航天高强铝合金板的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征是，三钨极TIG的电源与高频电源并联。
8.根据权利要求1所述的中厚航天高强铝合金板的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征是，焊接起弧时，先对三钨极TIG电弧进行起弧操作，当三钨极TIG电弧稳定燃弧时，再对高频电弧进行起弧操作。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的中厚航天高强铝合金板的三钨极TIG电弧与高频电弧复合焊接方法，其特征是，所述的三钨极TIG电弧，当单个钨极有效电流小于等于150A时，钨极之间间隙在0.5mm-1.0mm之间。当单个钨极有效电流大于150A时，钨极之间间隙在1.0mm-1.5mm之间。
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