CN104227181B - 双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种多电极耦合电弧焊接的方法，其利用两个电弧相互作用的原理，在非熔化极电弧中加入两根焊丝形成副弧，电弧处于非熔化极电弧下方并与之复合形成一个熔池。该焊接方法熔化焊丝的电源根据实际焊接要求采用交流电源或直流电源，改变副弧的电流参数使主弧在窄间隙焊缝中有规律的摆动，合理分配电弧热量，增加侧壁的热输入，避免窄间隙焊中的侧壁不熔合的问题。副弧把原本在工件的热输入作用到焊丝上，可以使两根焊丝之间的电弧保持稳定，以使熔滴稳定过渡，这种熔滴过渡方式不仅提高了能量效率，而且减少了工件的变形和材料性能的改变，同时这种焊接方法可以很好的控制熔敷率和对工件的热输入，可以实现焊接过程中的传热、传力、传质的任意组合。

Description

双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种多电极耦合摆动电弧焊接方法，是一种多电极窄间隙焊接方法，属于焊接方法领域。

背景技术

随着焊接结构趋向于大型化，厚板的应用越来越广泛，对焊接接头性能要求也越来越高。传统的焊接方法对厚板进行焊接时，由于坡口尺寸较大，所需金属填充量显著增大，造成材料消耗大，热输入增大，最后导致焊接应力和焊接变形增大，焊接接头的力学性能下降，同时增加了焊接工作量，加长了工件的生产周期。

窄间隙焊接技术在进行厚板焊接时具有明显的优势，窄间隙焊不仅能够使焊接横截面面积大量减少，节约大量焊接材料，显著提高焊接生产效率，更能减少焊接残余变形及焊接残余应力，较高的熔池冷却速度和较低的线能量使焊缝组织相对细小，使接头的缺口韧性显著提高。

常见的窄间隙焊有窄间隙埋弧焊、窄间隙GTAW焊、窄间隙GMAW焊等等，但是窄间隙焊有关键性的技术难题需要解决：侧壁难熔合。在传统焊接方法中，电弧轴线与坡口面具有较大夹角，这样高熔透能力、高能量密度的电弧中心区域就容易作用在坡口面上，坡口面与焊道，焊层之间基本能实现全部熔合。在窄间隙焊接条件下，电弧轴线基本与坡口面平行，电弧中心位于焊缝中间，只有能量很低的电弧周边能作用到坡口侧壁，这就导致了侧壁熔合的可靠性差，极易形成侧壁未熔合。另外，窄间隙焊的电弧张角较小，电弧热量更多的集中在坡口底部，使焊缝形成指状熔深，易出现热裂纹。在深而狭窄的坡口内明弧焊接时，焊接飞溅对工艺可靠性影响极大，飞溅阻碍焊枪的正常行走或引起短路，工艺可靠性不高。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有窄间隙焊接方法的缺陷，利用两个彼此靠近的电弧洛伦兹力相互作用的原理，提出一种双送丝辅助电弧驱动主弧摆动的焊接方法。非熔化极焊枪与工件之间产生主弧（GTA），两根连续送进的焊丝之间产生副弧，副弧和主弧产生作用力并使主弧发生横向摆动，主弧摆动增加了电弧的张角，增加了对侧壁的热输入，从而使侧壁直接熔化，同时两个电弧共同熔化焊丝完成焊缝填充，可以合理的分配电弧能量，改善焊缝成形。该方法可操作性强，改变副弧的电流参数可以灵活的控制焊接主弧的横向摆动的频率或根据窄间隙焊缝需要主弧偏向一侧，可以调节窄间隙焊缝侧壁的热输入，避免了传统窄间隙焊的侧壁难熔合的问题。该方法中焊丝的熔化速度和被焊工件的热输入分开调节，避免了焊缝性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

在本发明中双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其建立非熔化极与工件间的主弧，并且两根焊丝由两个送丝机同时从主弧的同一侧平行进入到主弧中形成副弧；使用主弧和副弧两个电弧相互作用，副弧驱动主弧摆动完成焊接。

非熔化极采用钨极，主弧建立在钨极和工件之间来熔化工件完成焊接；副弧建立在两根焊丝之间来熔化焊丝完成金属的熔敷，副弧位于主弧的下方，主弧和副弧两个电弧相互作用完成工作。

主弧为非熔化极电弧，采用非熔化极惰性气体保护焊（GTAW），主弧采用一个恒定电流的电源来提供。

副弧是在两根平行送进的焊丝之间形成，采用一个恒定电压的电源来提供，根据实际情况选择交流电源和直流电源。

使用交流电源提供副弧的电流，改变交流电流波形的参数，调整主弧的摆动频率。

使用直流电源提供副弧的电流，改变直流电流的流向调整主弧的摆动方向。

该焊接方法区别于传统电弧焊接方法最显著的特征就是其焊接电弧是可控的，主弧有规律的进行摆动或根据焊缝需要偏向指定方向，合理分配电弧热量，增加窄间隙焊缝侧壁的热输入。焊接电弧对工件的热输入主要靠主弧的斑点热，一旦形成摆动电弧，仅仅主弧在被焊工件上形成斑点，主弧能量用于控制被焊工件的热输入和熔深。副弧的两个斑点在焊丝上，热量几乎全部用于熔化焊丝，没有额外的能量消耗，所以副弧对被焊工件的热输入极小。双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法解决了传统窄间隙焊侧壁难熔合的问题，完成了在大熔敷率的情况下实现对工件的低热输入。

本发明可以获得如下有益效果：

本发明所述的焊接方法，利用两个电弧之间洛伦兹力的相互作用，主弧由副弧驱动按照焊缝需要摆动，对窄间隙焊缝尤其是侧壁进行熔化，避免侧壁难熔合和焊缝质量差的缺陷产生，同时通过单独控制焊接热输入和单独控制焊接时对熔池的传质，实现焊接过程中传力、传热和传质的解耦，从而灵活的控制焊接电弧的形状、热源形态及对被焊工件的热输入，实现在焊接过程中的传热、传力和传质的自由组合。而目前已有的窄间隙电弧摆动焊接方法主要有加装摆动器、机械装置形成旋转电弧、外加磁场等方式使电弧摆动，这些方法存在适用范围窄、受外界影响大、焊缝成形差的问题。本发明可以很好的解决上述问题，同时实现了在对熔池力、热和质的输入分开调节。这是一个对现有弧焊技术进行革新的发明，该方法可以利用一些现有的设备进行高效率，高质量窄间隙焊缝的焊接。

附图说明：

图1双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法示意图。

图2双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法俯视示意图。

图3摆动电弧示意图。

图4交流电源波形图。

图中1、非熔化极焊枪，2、主弧，3、被焊工件，4、主弧电源，5、副弧（丝间电弧），6、7焊丝，8、交流电源，9、副弧电流，10、11送丝机。

具体实施方式：

以下具体地说明本发明的实施方式，附图中只是说明性质，只说明了该焊接方法有关电回路方面的连接方式，焊枪所必须的气路和水路接法都是使用常规接法，所以不再进行说明。图1中V1和V2分别两根焊丝的送丝速度，d1为两根焊丝之间的距离，t_p1和t_p2分别为副弧正负脉冲电流的时间

下面对该焊接方法的步骤进行详细说明：

（1）放置焊枪在被焊工件一侧，要求非熔化极焊枪位于两根焊丝正上方，两根焊丝以一定距离在主弧一侧由两个送丝机平行送入，焊丝之间的距离要保证副弧能够稳定形成，调整两根焊丝之间距离可以改变主弧的张角大小。注意调整好焊枪的参数，保证副弧在主弧正下方形成。

（2）将焊枪、焊丝和被焊工件都连接到焊接电源构成的回路中，每个回路中的焊接参数可根据实际情况选择。主弧采用非熔化极电弧（GTA），焊枪接电源的负极，工件接电源的正极。副弧根据焊缝要求（电弧摆动方向）可以采用交流电源或直流电源。

（3）摆动电弧形成。首先调整非熔化极电弧（GTA）和焊丝之间电弧的参数，然后在非熔化极焊枪和被焊工件之间形成主弧，主弧稳定后引燃两根焊丝间的副弧。两个电弧建立后观察电弧进行实时调整，保证电弧稳定燃烧。

（4）根据窄间隙焊缝的实际情况调整主电弧的摆动方向和摆动频率。主弧摆动通过调整副弧的电流流向和频率实现。

当副弧采用直流时，电弧间相互作用，主弧会偏向一侧，根据窄间隙焊缝侧壁金属厚度可以改变两根焊丝的极性来改变主弧的偏移方向。两根焊丝的熔化速度不同，需要分开调整两根焊丝的送丝速度来匹配其熔化速度，保证副弧的稳定燃烧。

当副弧采用交流时，主弧会有规律的向两侧的焊丝摆动，影响主弧摆动的参数是副弧的电流的频率和正负脉冲时间，可以改变副弧的脉冲频率可以改变主弧的摆动频率，改变副弧电流正负脉冲时间可以改变主弧在两个焊丝之间的的摆动时间。两根焊丝的熔化速度不同，需要分开调整两根焊丝的送丝速度来匹配其熔化速度，保证副弧的稳定燃烧。

（5）摆动电弧建立后被焊工件的热输入主要是由主弧来控制的，熔敷率是由主弧和副弧熔化的两根焊丝来控制，两个电弧的参数可以分开调整，焊接过程中的传热、传力和传质的自由组合。

Claims (6)

1.双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其特征在于：建立非熔化极与工件间的主弧，并且两根焊丝由两个送丝机同时从主弧同一侧平行送入到主弧中形成副弧，副弧建立在两根焊丝之间来熔化焊丝完成金属熔敷，使用主弧和副弧两个电弧相互作用，副弧驱动主弧摆动完成焊接。

2.根据权利要求1所述双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其特征在于：非熔化极采用钨极，主弧建立在钨极和工件之间来熔化工件完成焊接，副弧建立在两根焊丝之间来熔化焊丝完成金属熔敷，副弧位于主弧下方，主弧和副弧两个电弧相互作用共同工作。

3.根据权利要求1所述双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其特征在于：所述的主弧为非熔化极电弧，采用非熔化极惰性气体保护焊(GTAW)，主弧采用一个恒定电流的电源来提供。

4.根据权利要求1所述的双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其特征在于：副弧是在两根平行送进的焊丝之间形成，采用一个恒定电压的电源来提供，选择交流电源和直流电源。

5.根据权利要求4所述的双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其特征在于：使用交流电源提供副弧的电流；改变交流电流波形的参数可以调整主弧的摆动频率。

6.根据权利要求4所述的双送丝辅助电弧驱动主电弧摆动的焊接方法，其特征在于：使用直流电源提供副弧的电流；改变直流电流的流向调整主弧的摆动方向。