CN104308380B

CN104308380B - 一种中厚板材的等离子与双tig组合焊接装置及方法

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Publication number: CN104308380B
Application number: CN201410551991.2A
Authority: CN
Inventors: 柳铮; 闫兴贵; 瞿怀宇; 陆晓来
Original assignee: TANGSHAN KAIYUAN WELDING AUTOMATION TECHNOLOGY INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: TANGSHAN KAIYUAN WELDING AUTOMATION TECHNOLOGY INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: CN104308380A

Abstract

一种中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置及方法，属于等离子及TIG焊接设备与方法技术领域，用于提高中厚板材的等离子及TIG焊接的效率和焊接质量。其技术方案是：本发明采用两台TIG焊机与等离子焊机进行组合，通过可编程序控制器PLC、Linux嵌入式控制器、CAN总线、ARM执行器对双TIG焊接的协同控制参数进行调整，实现协同控制要求。本发明充分发挥等离子与TIG组合焊接的优势，解决了现有技术中存在的中厚板等离子焊接效率低下和难以保证质量的难题，是等离子和TIG组合焊接技术的创新。本发明有效地提高了中厚板材的等离子焊接效率，保证了焊接质量，满足了生产发展的需要，具有显著的经济效益。

Description

一种中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于中厚板材的等离子与TIG组合焊接装置及方法，属于等离子及TIG焊接设备与方法技术领域。

背景技术

目前，使用等离子焊接或其组合焊接方法中，主要有以下三种焊接方法。

1．等离子填丝焊接方法。采用此方法存在两大不足：一是组对间隙及错边量要求高；二是焊接过程适应能力差。

2．等离子与TIG焊接方法。TIG焊是钨极惰性气体保护焊的缩写，采用此方法虽然可以利用TIG焊接方法良好的覆盖能力，但是由于受到TIG焊接速度的限制，等离子高速焊接时，很难与等离子同时进行焊接。目前生产企业通常是先采用等离子打底焊接，然后再用TIG焊进行填充盖面焊接，这样大大降低了生产效率。

3．等离子与热丝TIG焊接方法。采用此方法虽然可以增大熔敷率，但是不足之处是，热丝必须与母材接触，形成导电回路，否则会产生焊丝飞溅，容易夹渣，影响焊缝质量。

上述三种方法都存在难以克服的不足，特别是在中厚板材的焊接中，虽然现有的等离子与TIG组合的焊接方法采用了不同的组合方式，但是依然存在着焊接时间长、生产效率低、焊接质量不能得到有效保证的缺点，不能发挥等离子焊接与TIG焊接的组合优势，难以满足用户的需求，成为制约生产快速发展的难题，迫切需要加以解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置及方法，这种焊接装置和方法能够克服现有技术的不足，充分发挥等离子与TIG组合焊接的优势，有效提高中厚板材的焊接效率，保证焊接质量，满足生产发展的需要。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种中厚板材的等离子与双TIG焊接装置，它包括等离子焊机、等离子控制器、等离子冷却装置、焊接机头、等离子焊枪、TIG焊机、TIG焊枪，TIG焊枪上配有保护气体及冷却装置，其改进之处是，它有两台TIG焊机和两把TIG焊枪及两套保护气体和冷却装置，两把TIG焊枪分别连接到两台TIG焊机上，两把TIG焊枪上分别配有保护气体及冷却装置，等离子焊枪和双TIG焊枪安装在焊接机头上，等离子焊枪在前，双TIG焊枪在后，两把TIG焊枪的控制端分别与两台TIG焊机相连，两台TIG焊机分别与协同控制器相连接。

上述中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置，所述两台TIG焊机的控制端分别与两块带DA接口的ARM执行器相连接，两个ARM执行器分别通过CAN总线与Linux嵌入式控制器相连接，Linux嵌入式控制器通过RS422接口或IO与可编程序控制器PLC连接，Linux嵌入式控制器还分别通过USB、VGA与输入设备和显示器相连接。

上述中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置，所述等离子焊枪与待焊平面保持垂直，双TIG焊枪之间有可调夹角，双TIG焊枪与待焊平面有可调夹角，双TIG焊枪附有双TIG焊枪摆动机构、送丝机构及双TIG焊接拖罩。

使用上述中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置的焊接方法，它采取以下步骤：

（1）沿焊接方向，使等离子焊枪位于前端，双TIG焊枪位于后端，等离子焊枪与双TIG焊枪之间的距离无要求；

（2）调整两把TIG焊枪的角度，使TIG焊枪与待焊平面的垂直线之间的夹角可调范围分别为0~45°；

（3）调整两TIG焊枪的钨极尖端距离为2~10mm，钨极尖端与工件表面距离为2~6mm；

（4）通过协同控制器对双TIG焊接参数进行协同控制，协同控制参数包括频率控制、相位控制、基值与峰值电流控制、占空比控制；

（5）焊接时，先启动等离子电弧，当等离子焊枪移动一定距离后使双TIG焊枪正好位于等离子弧形成的熔池尾部时，同时开启双TIG电弧进行焊接；当焊接到工件末端时，先关掉等离子电弧，延时一段时间后，当双TIG焊枪焊接到等离子焊接停止位置时，双TIG焊接熄弧，完成焊接。

上述中厚板材的等离子与双TIG焊接方法，所述自动等离子焊接参数为：焊接电流100～400A，焊接电压15～40V，离子气流量0.5～10L/min，保护气流量5～25L/min，钨极直径2.4～6.4mm，喷嘴孔径2～5mm，焊枪高度3～8mm，极性为直流正接。

上述中厚板材的等离子与双TIG焊接方法，所述自动双TIG焊接参数为：焊接电流50～400A，焊接电压10～30V，相位差0～180°，焊枪夹角0～90°，钨极间距2～10mm，保护气流量10～25L/min，焊接弧长3～8mm，焊丝直径0.8～1.6mm，钨极直径2.0～6.4mm，送丝速度500～8000mm/min。

上述中厚板件的等离子与双TIG焊接方法，所述等离子焊接与双TIG组合焊接的焊接速度范围为150～800mm/min。

本发明的有益效果是：

本发明在双TIG焊接过程中，两台焊接电源的工艺参数设置非常灵活，彼此可以独立调节，同时又需要互相协调工作，使两个电弧以交替脉冲方式进行焊接，尽量减少两个电弧之间的相互作用力，以利于电弧和焊接过程的稳定，有效解决双弧的干扰。本发明使用Linux嵌入式控制器完成对焊接参数的设定和脉冲的解析，ARM执行器完成对两台焊机的焊接控制，Linux嵌入式控制器根据设定的参数和焊枪启停信号计算出控制脉冲信号通过CAN总线实时发送给ARM执行器，ARM执行器根据接收的脉冲信号最终完成对两台TIG焊机的协同控制。

本发明克服了现有技术的不足，采用两台TIG焊接与等离子焊机进行组合，充分发挥等离子与TIG组合焊接的优势，解决了现有技术中存在的中厚板等离子焊接效率低下和难以保证质量的难题，是等离子和TIG组合焊接技术的创新，有效地提高了中厚板材的等离子焊接效率，保证了焊接质量，满足了生产发展的需要，具有显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的等离子焊枪与双TIG焊枪的安装示意图；

图3是本发明的双TIG焊接协同控制框图；

图4是本发明的双TIG焊接时序控制图。

图中标记如下：等离子焊机1、等离子冷却装置2、等离子控制器3、工件4、等离子焊接拖罩5、等离子焊枪6、焊接参数显示及调节装置7、焊缝对中机构8、等离子弧长调节机构9、焊接机头10、双TIG焊枪摆动机构11、送丝轮12、焊丝盘13、双TIG弧长调节机构14、第一TIG焊枪15、第二TIG焊枪16、双TIG位置与角度调节装置17、送丝机构18、双TIG焊接拖罩19、离子气20、保护气21、等离子拖罩保护气22、第一TIG焊枪保护气23、第二TIG焊枪保护气24、双TIG拖罩保护气25、PLC控制装置26、第二TIG焊接冷却水箱27、第二TIG焊机28、第一TIG焊接冷却水箱29、第一TIG焊机30、开关信号31、第一TIG焊机脉冲电流波形32、第二TIG焊机反向脉冲电流波形33、第二TIG焊机同步脉冲电流波形34、第二TIG焊机相位差脉冲电流波形35、送丝速度的波形36、焊接速度的波形37。

具体实施方式

本发明是一种中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置及方法，这种焊接装置和方法能够克服现有技术的不足，充分发挥等离子与TIG组合焊接的优势，有效提高中厚板材的焊接效率，保证焊接质量。

本发明的等离子与双TIG组合焊接装置包括等离子焊机1、等离子冷却装置2、等离子控制器3、焊接机头10、等离子焊枪6、焊缝对中机构8、等离子弧长调节机构9、送丝轮12、焊丝盘13、双TIG弧长调节机构14、双TIG位置与角度调节装置17、第一TIG焊枪15、第二TIG焊枪16、送丝机构18、双TIG焊接拖罩19、双TIG焊枪摆动机构11、离子气20、保护气21、等离子拖罩保护气22、第一TIG焊枪保护气23、第二TIG焊枪保护气24、双TIG拖罩保护气25、PLC控制装置26、第二TIG焊接冷却水箱27、第二TIG焊机28、第一TIG焊接冷却水箱29、第一TIG焊机30。

图中显示，第一TIG焊枪15和第二TIG焊枪16分别连接到第一TIG焊机30和第二TIG焊机28上，两把TIG焊枪上分别配有保护气体及冷却装置。

图中显示，等离子焊枪6和双TIG焊枪安装在焊接机头10上，等离子焊枪6在前，双TIG焊枪在后，等离子焊枪6与待焊平面保持垂直，双TIG焊枪之间有可调夹角，双TIG焊枪与待焊平面有可调夹角，双TIG焊枪附有双TIG焊枪摆动机构11、送丝机构18及双TIG焊接拖罩19。

图中显示，两台TIG焊机的控制端分别与两块带DA接口的ARM执行器相连接，两个ARM执行器分别通过CAN总线与Linux嵌入式控制器相连接，Linux嵌入式控制器通过RS422接口或IO与可编程序控制器PLC连接，Linux嵌入式控制器还分别通过USB、VGA与输入设备和显示器相连接。

图中显示，在双TIG焊接时序控制图中，可以看到开关信号31、第一TIG焊机脉冲电流波形32、第二TIG焊机反向脉冲电流波形33、第二TIG焊机同步脉冲电流波形34、第二TIG焊机相位差脉冲电流波形35、送丝速度的波形36、焊接速度的波形37。其中第一TIG焊机脉冲电流波形32与第二TIG焊机反向脉冲电流波形33的相位相反，第一TIG焊机脉冲电流波形32与第二TIG焊机同步脉冲电流波形34的相位相同。

在双TIG焊接过程中，两台焊接电源的工艺参数设置需要非常灵活，彼此可以独立调节，同时又需要互相协调工作，使两个电弧以交替脉冲方式进行焊接，尽量减少两个电弧之间的相互作用力，以利于电弧和焊接过程的稳定，有效解决双弧的干扰。

使用Linux嵌入式控制器完成对焊接参数的设定和脉冲的解析，使用两块带DA接口的ARM执行器完成对两台TIG焊机的焊接控制，Linux嵌入式控制器与ARM执行器之间通过CAN总线接口使用既定协议完成焊接脉冲信号的传输。Linux嵌入式控制器根据设定的参数和焊枪启停信号计算出控制脉冲信号通过CAN总线实时发送给ARM执行器，ARM执行器根据接收的脉冲信号最终完成对两台TIG焊机的协同控制。Linux嵌入式控制器与控制运动的PLC通过RS422接口或IO连接，用以接收TIG焊枪开关信号，根据设定参数解析向执行器发送命令，ARM执行器通过DA控制TIG焊机工作。

Linux嵌入式控制器与ARM执行器之间参数的传输与控制信号时序的控制，Linux嵌入式控制器获取TIG焊枪启停信号从而控制TIG焊机的协调工作。Linux嵌入式控制器从PLC获取两台TIG焊机的TIG焊枪启停信号后，将已设定TIG焊机的工作参数解析，根据时序要求分别计算出脉冲信号，向ARM执行器发出控制数据帧，ARM执行器收到控制脉冲信号后即时向TIG焊机发送脉冲信号控制TIG焊机工作，从而实现协同控制要求。

本发明的使用上述中厚板材的等离子与双TIG组合焊接装置的焊接方法，它采取以下步骤：

（1）沿焊接方向，使等离子焊枪6位于前端，双TIG焊枪位于后端，等离子焊枪6与双TIG焊枪之间的距离无要求；

（2）调整两把TIG焊枪的角度，使双TIG焊枪与待焊平面的垂直线之间的夹角可调范围分别为0~45°；

（3）调整两把TIG焊枪的钨极尖端距离为2~10mm，钨极尖端与工件表面距离为2~6mm；

（5）焊接时，先启动等离子电弧，当等离子焊枪6移动一定距离后使双TIG焊枪正好位于等离子弧形成的熔池尾部时，同时开启双TIG电弧进行焊接；当焊接到工件4末端时，先关掉等离子电弧，延时一段时间后，当双TIG焊枪焊接到等离子焊接停止位置时，双TIG焊接熄弧，完成焊接。

本发明的自动等离子焊接参数为：

焊接电流100～400A，焊接电压15～40V，钨极直径2.4～6.4mm，喷嘴孔径2～5mm，焊枪高度3～8mm，极性为直流正接。

本发明的自动双TIG焊接参数为：

焊接电流50～400A，焊接电压10～30V，相位差0～180°，焊枪夹角0～90°，钨极间距2～10mm，焊丝直径0.8～1.6mm，钨极直径2.0～6.4mm，送丝速度500～8000mm/min。

本发明的等离子焊接与双TIG组合焊接的焊接速度范围为150～800mm/min。

本发明的一个实施例如下：

焊接厚度为10mm，坡口角度90°，钝边5mm的S30408奥氏体不锈钢。

针对10mm的S30408奥氏体不锈钢焊接方法，包括以下步骤，

1）对工件表面进行清理，去除油污、灰尘；

2）使用工装压紧工件，焊缝背面进行充氩气保护；

3）自动等离子焊接参数为：焊接电流240A，焊接速度220mm/min，气体为氩气，焊接离子气流量1.5L/min，保护气流量15L/min；背面保护气15L/min，钨极直径4.8mm，喷嘴孔径3.2mm，焊枪高度6mm，极性为直流正接；

4）自动双TIG焊接参数为：焊接平均电流200A+200A，焊接速度220mm/min，送丝速度3000mm/min，焊枪夹角20°，钨极间距4mm，焊接气体为氩气，气流量15L/min+15L/min，焊接弧长5mm，送丝延时1.5s，电流基值50A，电流峰值350A，占空比50%，脉冲频率5Hz，相位差180°。

本实施例的焊缝外表美观，无裂纹、气孔、夹渣、咬边等缺陷。焊缝经100%RT、100%UT和100%PT检测，分别符合JB/T4730.2-2005 I级、JB/T4730.3-2005 I级和JB/T4730.5-2005 I级的要求。

Claims

1.一种中厚板材的等离子与双TIG焊接装置，它包括等离子焊机（1）、等离子冷却装置（2）、等离子控制器（3）、焊接机头（10）、等离子焊枪（6）、TIG焊机、TIG焊枪，TIG焊枪上配有保护气体及冷却装置，其特征在于：它有两台TIG焊机和两把TIG焊枪及两套保护气体和冷却装置，两把TIG焊枪分别连接到两台TIG焊机上，两把TIG焊枪上分别配有保护气体及冷却装置，等离子焊枪（6）和双TIG焊枪安装在焊接机头（10）上，等离子焊枪（6）在前，双TIG焊枪在后，两把TIG焊枪的控制端分别与两台TIG焊机相连，两台TIG焊机分别与协同控制器相连接；

所述两台TIG焊机的控制端分别与两块带DA接口的ARM执行器相连接，两个ARM执行器分别通过CAN总线与Linux嵌入式控制器相连接，Linux嵌入式控制器通过RS422接口或IO与可编程序控制器PLC连接，Linux嵌入式控制器还分别通过USB、VGA与输入设备和显示器相连接。

2.根据权利要求1所述的中厚板材的等离子与双TIG焊接装置，其特征在于：所述等离子焊枪（6）与待焊平面保持垂直，双TIG焊枪之间有可调夹角，双TIG焊枪与待焊平面有可调夹角，双TIG焊枪附有双TIG焊枪摆动机构（11）、送丝机构（18）、双TIG焊接拖罩（19）。

3.一种使用权利要求2所述中厚板材的等离子与双TIG焊接装置的焊接方法，其特征在于：它采取以下步骤：

a．沿焊接方向，使等离子焊枪（6）位于前端，双TIG焊枪位于后端，等离子焊枪（6）与双TIG焊枪之间的距离无要求；

b．调整两把TIG焊枪的角度，使TIG焊枪与待焊平面的垂直线之间的夹角可调范围分别为0~45°；

c．调整两把TIG焊枪的钨极尖端距离为2~10mm，钨极尖端与工件表面距离为2~6mm；

d．通过可编程序控制器PLC、Linux嵌入式控制器、CAN总线、ARM执行器对双TIG焊接的协同控制参数进行调整，协同控制参数包括频率控制、相位控制、基值与峰值控制、占空比控制；

e．焊接时，先启动等离子电弧，当等离子焊枪（6）移动一定距离后使双TIG焊枪正好位于等离子弧形成的熔池尾部时，同时开启双TIG电弧进行焊接；当焊接到工件末端时，先关掉等离子电弧，延时一段时间后，当双TIG焊枪焊接到等离子焊接停止位置时，双TIG焊接熄弧，完成焊接。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于：等离子焊接参数为：焊接电流100～400A，焊接电压15～40V，等离子气流量0.5～10L/min，保护气流量5～25L/min，钨极直径2.4～6.4mm，喷嘴孔径2～5mm，焊枪高度3～8mm，极性为直流正接。

5.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于：双TIG焊接参数为：焊接电流50～400A，焊接电压10～30V，相位差0～180°，焊枪夹角0～90°，钨极间距2～10mm，保护气流量10～25L/min，焊接弧长3～8mm，焊丝直径0.8～1.6mm，钨极直径2.0～6.4mm，送丝速度500～8000mm/min。

6.根据权利要求3所述的中厚板材的焊接方法，其特征在于：所述等离子焊接、双TIG焊接的焊接速度范围为150～800mm/min。