CN105149740A - 一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，它涉及一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法。本发明的方法为：一、工件处理，夹具固定；二、保持InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角α为30°～45°，与T型底板的夹角β为30°；三、设定工艺参数，焊接电流为300A～900A；电弧焊枪气体流量为15L/min～30L/min；焊接速度为0.6m/min～3.0m/min；送丝速度为4.0m/min～10.0m/min；四、实施焊接。相对于传统的TIG电弧400A的峰值，电流作用力和能量密度较大，可实现匙孔焊接，熔深大，焊接速度快，极大的提高了焊接效率，可焊接中厚板。

Description

一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法
技术领域
本发明涉及一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，属于材料加工工程领域。
背景技术
T型结构在船舶、航天航空和车辆等工业应用广泛，随着船舶、航天航空和车辆向大吨位和大运载能力的发展，对厚板T型结构的需求越来越多，因此，提高厚板T型接头的焊接效率和焊接质量具有十分重要的意义。目前对于T型接头，广泛采用的焊接工艺都是先将一面焊缝焊好后，用碳弧气刨在其另一面作清根工作或刨出坡口，再焊接另外一面焊缝的方法。其缺点是焊接效率低、焊接周期长，焊接变形大，单侧依次顺序双面焊焊接第一道焊缝后，立板容易弯曲及向焊缝倾斜；此外第一道焊缝的微小缺陷将导致第二道焊缝出现焊接过程不稳定，出现气孔和裂纹；T型接头在焊接区域的传导方式是三维的，与平面相比，冷却速度更快且存在差异，裂纹倾向性更大，因此传统的T型接头焊接质量也受到很大影响，满足不了重要结构件的质量要求。
美国的EWI等研究机构利用两台激光器提供双光束，实现了T型接头的激光同步焊接，并成功用于飞机带筋壁板的焊接，但设备复杂，成本极高限制了其应用。将一台高功率激光器分成两束形成的双光束，可以克服一些困难，但受分光镜及空间限制，调焦装配困难，对位置精度要求高，所需激光器总功率在4000W(CO2Laser)以上，成本也难以控制。
发明内容
本发明旨在针对T型接头传统方法焊接中存在的焊接变形大、接头强度低、气孔多、效率低及激光同步焊接成本过高等诸多问题存在的问题，提出一种新方法，即一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法。
本发明的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，它是按照以下步骤进行的：
步骤一：将工件的待焊接部位加工成坡口或不进行处理，焊接前，对双面对称焊接坡口及其两侧表面30mm范围内表面进行打磨，然后用丙酮清洗坡口及坡口两侧表面；
步骤二:将工件固定在夹具上待焊；
步骤三:保持InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角均为α，α为30°～45°，与T型底板的夹角β为30°；
步骤四：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为300A～900A；电弧焊枪气体流量为15L/min～30L/min；焊接速度为0.6m/min～3.0m/min；送丝速度为4.0m/min～10.0m/min；
步骤五：打开电弧电源，启动焊接的控制系统,实施焊接。
InFocus技术是一种利用特殊材料设计制成的阴极，并且对阴极充分冷却，使电弧高度聚集于电极尖端，极大的提高了能量密度，电弧稳定性和电弧压力。InFocus技术具有传统的TIG焊的优点，尤其在于：(1)低投入，相比等离子弧焊、激光焊接，其设备成本大幅降低；(2)对装配要求低；(3)应用广泛，可适用于各种材料焊接，焊接参数可识别性好；(3)焊接烟尘小，飞溅小；(4)保护需求与TIG一致；(5)加工稳定性和可重复性好；
InFocus电弧受到机械压缩并优化了阴极冷却设计，这种新的InFocus技术解决了之前传统TIG电弧加工中的一些局限。使其具有一下优点：(1)电弧能量高度集中，能量利用率提高,电流峰值高达1000A，焊接效果类似激光匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大显著提高了生产效率；(2)电弧等离子体体积减小，气体保护效果更好；(3)无磁偏吹(4)InFocus焊枪设计科学，经久耐用，耗材更换简单，且更易实现机械化和自动化。
基于此，本发明提出一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法。
本发明包含以下有益效果：
(1)InFocus电弧电流峰值可以高达1000A，相对于传统的TIG电弧400A的峰值，电流作用力和能量密度较大，可实现匙孔焊接，熔深大，焊接速度快，极大的提高了焊接效率，可焊接中厚板；
(2)由于对阴极的强烈冷却，InFocus电弧受到外部约束大大降低等离子体体积，在焊接过程中，等离子体受到保护气的效果更好，电弧压力大大提高，无磁偏吹产生，提高焊接质量；
(3)相比等离子弧焊、激光焊接，其设备成本大幅降低，焊枪可靠耐用，耗材互换性良好；InFocus焊枪设计易于实现机械化和自动化；
(4)相比于激光焊接，对于装配精度要求可以进一步放宽，降低了装配成本。
附图说明
图1为T型接头双侧InFocus焊接示意图；
图2为薄板双侧InFocus焊接示意图；
图3为本发明的接头坡口形式示意图；
图4为本发明的打底焊示意图；
图5为本发明的打底焊和填充焊示意图；
图6为T型接头激光同步焊接在功率为1500W时的效果图；
图7为T型接头激光同步焊接在功率为2000W时的效果图；
图8为T型接头双侧InFocus电弧同步焊接效果图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，它是按照以下步骤进行的：
步骤一：将工件的待焊接部位加工成坡口或不进行处理，焊接前，对双面对称焊接坡口及其两侧表面30mm范围内表面进行打磨，然后用丙酮清洗坡口及坡口两侧表面；
步骤二:将工件固定在夹具上待焊；
步骤三:保持InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角均为α，α为30°～45°，与T型底板的夹角β为30°；
步骤四：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为300A～900A；电弧焊枪气体流量为15L/min～30L/min；焊接速度为0.6m/min～3.0m/min；送丝速度为4.0m/min～10.0m/min；
步骤五：打开电弧电源，启动焊接的控制系统，实施焊接。
本实施方式在双侧InFocus电弧同步焊接中，InFocus焊枪采用Kjellberg公司生产的InFocus1000A型号的焊机，在焊接时可根据板的厚度调节焊接电流的大小。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：焊接是沿着T型接头面板横向面法向进行的。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的T型接头双侧InFocus电弧同步焊接是指采用两把InFocus焊枪对称分布于T型接头两侧并同时进行焊接。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：针对T型接头立板厚度大于15mm，面板厚度大于20mm的T型接头，先进行打底焊，再进行一次或者多次填充焊接。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：在打底焊和填充焊接时，InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角α介于30～45°，与T型底板的夹角β为30°。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的加工成坡口是指加工成Y型坡口。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的钝边为8mm～12mm，坡口角度为10°～30°。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的将工件的待焊接部位不进行处理是针对T型接头立板厚度小于或等于15mm，面板厚度小于或等于20mm的T型接头焊缝进行的。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为400A～900A；电弧焊枪气体流量为20L/min～30L/min；焊接速度为1.0m/min～3.0m/min；送丝速度为5.0m/min～10.0m/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为500A～900A；电弧焊枪气体流量为25L/min～30L/min；焊接速度为2.0m/min～3.0m/min；送丝速度为6.0m/min～10.0m/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为600A～900A；电弧焊枪气体流量为25L/min～30L/min；焊接速度为2.0m/min～3.0m/min；送丝速度为7.0m/min～10.0m/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为700A～900A；电弧焊枪气体流量为25L/min～30L/min；焊接速度为2.0m/min～3.0m/min；送丝速度为8.0m/min～10.0m/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为800A～900A；电弧焊枪气体流量为25L/min～30L/min；焊接速度为2.0m/min～3.0m/min；送丝速度为9.0m/min～10.0m/min。其它与具体实施方式一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
采用传统电弧顺序焊接时，由于电弧焊接熔深较小(2mm～3mm)，需要多层焊接，焊接效率低，焊接变形大。目前逐渐被双侧同步焊接所取代。
为了验证本发明的焊接效果，本实施例分别采用T型接头激光同步焊接与T型接头双侧InFocus电弧同步焊接来焊接立板和面板厚度均为4mm的铝合金。具体过程如下：
1、T型接头激光同步焊接：
一次焊透，无需开坡口；焊接前，对双面对称焊接坡口及其两侧表面30mm范围内进行打磨，然后用丙酮清洗坡口及坡口两侧表面；将工件固定在夹具上待焊；调整激光头与T型接头面板纵向面之间的夹角都为α，α为40°～60°，与T型底板的夹角β为30°，焊接沿着T型接头面板横向面法向(x方向)进行。实验用光纤激光器，光斑直径在0.3mm，离焦量在﹣3～﹢3mm，激光功率为1500W和2000W，焊接速度为500mm/min，保护气采用Ar气，流量在20L/min。焊接效果如图7和图8所示。
2、T型接头双侧InFocus电弧同步焊接。
焊接前，对工件两侧表面30mm范围内进行打磨，然后用丙酮清洗坡口及坡口两侧表面。将工件固定在夹具上待焊；保持激InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角都为α，α为30°～45°，与T型底板的夹角β为30°，焊接沿着T型接头面板横向面法向(x方向)进行。焊接电流设定为600A；电弧焊枪气体流量在20L/min之间；焊接速度为500mm/min。焊接效果如图9所示。
采用T型接头激光同步焊接，当两侧激光功率分别为1500W时，T型接头并不能完全熔合，对力学性能造成了不良的影响。当两侧激光功率分别增大到2000W时，能取得较好的焊缝。但存在装配要求高，设备成本大的问题，而且激光形成的熔池较小，熔覆金属较少，焊接效率低。
采用双侧InFocus电弧同步焊接方法，在双面InFocus焊接过程中，由于InFocus电弧能量高度集中，可进行匙孔焊接，焊接熔深大，极大的提高了能量利用率和焊接效率，焊接速度也有了很大的提高。相比于激光焊接，熔池流动更加充分，增加了熔合面积，减少了未熔缺陷出现的可能性，提高了焊接接头的性能。

Claims (10)

1.一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
步骤一：将工件的待焊接部位加工成坡口或不进行处理，焊接前，对双面对称焊接坡口及其两侧表面30mm范围内表面进行打磨，然后用丙酮清洗坡口及坡口两侧表面；
步骤二:将工件固定在夹具上待焊；
步骤三:保持InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角均为α，α为30°～45°，与T型底板的夹角β为30°；
步骤四：设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为300A～900A；电弧焊枪气体流量为15L/min～30L/min；焊接速度为0.6m/min～3.0m/min；送丝速度为4.0m/min～10.0m/min；
步骤五：打开电弧电源，启动焊接的控制系统，实施焊接。
2.根据权利要求1所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于焊接是沿着T型接头面板横向面法向进行的。
3.根据权利要求1所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于所述的T型接头双侧InFocus电弧同步焊接是指采用两把InFocus焊枪对称分布于T型接头两侧并同时进行焊接。
4.根据权利要求1所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于针对T型接头立板厚度大于15mm，面板厚度大于20mm的T型接头，先进行打底焊，再进行一次或者多次填充焊接。
5.根据权利要求4所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于在打底焊和填充焊接时，InFocus焊枪与T型接头面板纵向面之间的夹角α介于30～45°，与T型底板的夹角β为30°。
6.根据权利要求1所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于所述的加工成坡口是指加工成Y型坡口。
7.根据权利要求6所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于所述的钝边为8mm～12mm，坡口角度为10°～30°。
8.根据权利要求1所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于所述的将工件的待焊接部位不进行处理是针对T型接头立板厚度小于或等于15mm，面板厚度小于或等于20mm的T型接头焊缝进行的。
9.根据权利要求1所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为400A～900A；电弧焊枪气体流量为20L/min～30L/min；焊接速度为1.0m/min～3.0m/min；送丝速度为5.0m/min～10.0m/min。
10.根据权利要求9所述的一种T型接头双侧InFocus电弧同步焊接方法，其特征在于设定工艺参数，在T型接头双侧InFocus电弧同步焊接中，焊接电流为600A～900A；电弧焊枪气体流量为20L/min～30L/min；焊接速度为2.0m/min～3.0m/min；送丝速度为6.0m/min～10.0m/min。
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