CN104308343B - 中心负压电弧焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中心负压电弧焊接装置及方法，属于焊接设备及方法技术领域。其通过抽气装置，使空心管状电极内腔及其下方电弧中心处形成负压状态，电弧在径向上由外向电弧中心方向的压力梯度增大，在外大气压的作用下，使电弧收缩形成高能量密度拘束电弧。通过调节电弧中心处压强的大小，可以调节电弧的拘束度、能量密度和电弧电压的大小，从而实现对焊接热输入和焊缝的成型的良好控制。该焊接装置及方法集TIG电弧的良好的稳定性与等离子弧的高能量密度于一身，弥补了等离子弧焊接工艺参数调节复杂，工艺窗口窄等不足，有效的改善了传统TIG电弧的焊接熔深浅、焊接效率低的缺陷，极大的提高了焊接速度和焊接效率，实现了高质、高效焊接的统一。

Description

中心负压电弧焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及是一种中心负压电弧焊接装置及方法，属于焊接设备及应用技术领域。

背景技术

1907年瑞典人发明了焊条电弧焊，将其应用于金属的连接，确立了焊接技术的基础。焊接技术发展迅猛，如今，在各种不同形式的金属连接技术中，电弧焊接技术已经被广泛应用于生产各种高质量的连接，在现代加工制造业和工业生产过程中，焊接技术已经成为一种重要的金属成型工艺，在汽车、船舶、海洋、航空航天等工业部门应用广泛。随着各行各业需求的不断提高，提高焊接生产的生产率、保证产品质量、实现焊接生产的自动化和智能化越来越受到行业重视，故焊接技术也在不断推陈出新，朝着新型化、多样化的方向发展。

钨极氩弧焊(TIG)作为一种具有较高质量的焊接方法，得到广泛的应用，它有如下优点：

(1)氩气能有效的隔绝周围空气而它本身却不溶于金属，也不与金属反应；焊接过程中电弧还有去除表面氧化膜的作用。因此，可以适用于各种金属，特别是有色、易氧化金属的焊接。

(2)钨极氩弧焊的电弧是最稳定的电弧焊接方法。即使在很小的焊接电流(<10A)下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板焊接。

但是钨极氩弧焊(TIG)自身也有很多不足。熔深浅，熔敷速度小，生产率较低，仅适用于较薄板的焊接。这成为了这种焊接方法的最大瓶颈。特别是现代工业正朝着大型化方向发展，中厚板、超厚板焊接结构应用越加广泛，钨极氩弧焊(TIG)已不能满足此类焊接的需求。

等离子弧、激光和电子束这三种高能量密度热源的焊接由于能够满足新的特殊工艺要求，特别是中厚板、超厚板的焊接结构。所以在焊接领域中得到了迅速的发展和应用。“高能束焊接”技术的出现填补了传统焊接技术的空缺。其极高的能量密度，不仅可以实现厚板和超厚板的一次焊透，也极大的提高了焊接质量和焊接效率。实现了高质和高效焊接。

然而，激光焊和电子束焊焊接设备昂贵，对外部的焊接环境要求太高，设备运行成本较高，束流直径小，对接头装配要求特别严格；而等离子弧焊也存在着焊接工艺窗口较窄，难于控制，对工人技术要求高的不足等，这样就限制了它们在工业中的应用和推广，所以目前也主要应用于飞机、火箭、太空飞船和空间焊接等高精尖的领域。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有焊接技术的上述缺陷及不足，提供了一种中心负压电弧焊接装置及方法。该装置及方法操作简易，能够适应多种焊接环境，在兼具了传统TIG电弧良好稳定性的基础上，极大的提高了TIG电弧的拘束度和穿透能力，实现了电弧稳定性与高能量密度、高质与高效的完美结合。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种中心负压电弧焊接装置及方法。具体如下：

一种中心负压电弧焊接装置，包括：

焊枪，其内设有空心管状电极；

抽气装置，其与所述空心管状电极的内腔相连通，使空心管状电极的内腔及空心管状电极下方的电弧中心形成稳定的负压区域。

所述的一种中心负压电弧焊接装置还包括压力释放装置，其中，所述抽气装置通过所述压力释放装置与所述空心管状电极连通，在连通所述压力释放装置和所述空心管状电极的管路上设有阀门。

所述的一种中心负压电弧焊接装置还包括用于测量和显示所述压力释放装置内压强的压强显示装置，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。

所述焊枪为非熔化极焊枪。

一种中心负压电弧焊接方法，其特征在于：存在由抽气装置至空心管状电极之间的气体管路，通过抽气装置对所述气体管路进行抽气处理，在空心管状电极下方的电弧建立后，使电弧中心处形成稳定的负压状态，利用大气压的压缩作用，建立高能量密度的拘束电弧。

焊接过程中，通过调节电弧中心的压强值，可以调节和控制电弧的拘束度、能量密度和电弧电压，从而调节焊接热输入和控制焊缝的成型。

与现有技术相比，本发明方法的优点如下。

1、与传统TIG焊接方法相比，本发明不仅具有良好的电弧稳定性，最显著的特征是增加了传统TIG电弧在板厚方向的穿透力，极大了增加焊接熔深，减小了焊接热影响区的范围，焊接变形小。

2、与传统等离子弧焊接方法相比，本发明不仅具备高能量密度的拘束电弧，最显著的特征是焊接参数调节简单方便，很大程度上拓宽了等离子弧焊接的工艺窗口，适应性更强。

3、通过改变电弧中心处的负压值，可以调节并控制电弧的拘束度、电弧能量密度和电弧电压值，从而实现对焊接热输入、焊缝成性系数的精确控制。

附图说明

图1是本焊接方法阀门启动前焊接工作示意图。

图2是本焊接方法阀门启动后焊接工作示意图。

图中：1、焊接电源及其控制系统，2、非熔化极焊枪，3、空心管状电极，4、焊接工件，5、抽气装置，6、导气管路A，7、压力释放装置，8、压强显示装置，9、导气管路B，10、阀门，11、导气管路C，12、连接接头，13、焊接电缆A，14、焊接电缆B，15、电弧，16、焊缝。

具体实施方式

以下参考附图具体地说明本发明的实施方式。如图所示，该中心负压电弧焊接装置主要包括焊接电源及其控制系统1、非熔化极焊枪2、空心管状电极3、焊接工件4、抽气装置5、压力释放装置7、压强显示装置8、阀门10，其中抽气装置5——导气管路A 6——压力释放装置7——导气管路B 9——阀门10——导气管路C 11——连接接头12——空心管状电极3组成一路气体管路，压强显示装置8与压力释放装置7相连通；焊接电源及其控制系统1——焊接电缆B14——焊接工件4——非熔化极焊枪2——焊接电缆A 13——焊接电源及其控制系统1，构成一路电气回路，该焊接方法有关焊枪必须的气路和水路连接法都是常规接法。所以不再进行说明。

下面结合图1和图2对该焊接方法的步骤进行详细说明：

首先，将焊接工件4及相匹配的焊丝准备就绪，非熔化极焊枪2处于焊接工件4的正上方合适的位置，送丝装置在焊枪的一侧，焊枪必需的气路和水路按照常规方法连接，确保抽气装置5——导气管路A 6——压力释放装置7——导气管路B 9——阀门10——导气管路C11——连接接头12——空心管状电极3这一管路正确连接。确保阀门10处于关闭状态下，启动抽气装置5，对压力释放装置7进行抽气降压处理。观察压强显示装置8，直到压力释放装置7内的压强达到预设的负压值。此时，通过焊接电源及其控制系统1启动高频引弧，在空心管状电极3与焊接工件4之间会形成如图1所示的自由电弧15。待自由电弧15稳定后，启动阀门10，使其处于开通状态，此时，抽气装置5——导气管路A 6——压力释放装置7——导气管路B9——阀门10——导气管路C 11——连接接头12——空心管状电极3这一气路导通，均处于负压状态，几毫秒后，在大气压的压缩作用下，在空心管状电极3与焊接工件4之间会建立如图2所示的高能密的拘束电弧15。

焊接过程中，通过改变压力释放装置7的压强值，空心管状电极3的内腔及其下方电弧中心处的压强值会跟着变化，从而控制拘束电弧15的电弧拘束度、能量密度和电弧电压值，从而实现对焊接热输入和焊接成型系数的精确控制，形成如图2所示的窄而深的焊缝16。

Claims (4)

1.一种中心负压电弧焊接装置，其特征在于：其包括：

焊枪，其内设有空心管状电极；

抽气装置，其与所述空心管状电极的内腔相连通，使空心管状电极的内腔及空心管状电极下方的电弧中心形成稳定的负压区域；其还包括压力释放装置，其中，所述抽气装置通过所述压力释放装置与所述空心管状电极连通，在连通所述压力释放装置和所述空心管状电极的管路上设有阀门；其还包括用于测量和显示所述压力释放装置内压强的压强显示装置，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。

2.根据权利要求1所述的一种中心负压电弧焊接装置，其特征在于：所述焊枪为非熔化极焊枪。

3.一种中心负压电弧焊接方法，其特征在于：存在由抽气装置至空心管状电极之间的气体管路，通过抽气装置对所述气体管路进行抽气处理，在空心管状电极下方的电弧建立后，使电弧中心处形成稳定的负压状态，利用大气压的压缩作用，建立高能量密度的拘束电弧。

4.根据权利要求3所述的一种中心负压电弧焊接方法，其特征在于：焊接过程中，通过调节电弧中心的压强值，可以调节和控制电弧的拘束度、能量密度和电弧电压，从而调节焊接热输入和控制焊缝的成型。