CN105215516A - 一种铝合金tig与mig交替复合焊接方法 - Google Patents

一种铝合金tig与mig交替复合焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，它涉及一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法。本发明是要解决现有焊接铝合金方法焊接效率低、焊缝成形不好、焊接设备复杂、过程不稳定、灵活性差、成本高的问题。方法：将恒流TIG焊接电源的正极输出端与待焊工件连接，恒流TIG焊接电源的负极与钨极电极夹连接，TIG焊枪夹持在钨极电极夹上，TIG焊枪侧壁的气体保护套内设置有熔化极焊丝；恒压MIG焊接电源的正极与熔化极电极夹连接，MIG焊枪夹持在熔化极电极夹上，恒压MIG焊接电源的负极与待焊工件连接；通过IGBT开关交替控制恒流TIG焊接电源和恒压MIG焊接电源的通断，实现焊接。本发明用于焊接铝合金。

Description

一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法。
背景技术
随着制造业的迅猛发展和焊接技术的不断进步，焊接结构得到了广泛的使用。铝合金具有良好的耐蚀性、导电性、导热性和高的比强度，广泛应用于在汽车制造、造船业、国防和航天航空、容器制造等工业领域,因此铝合金焊接技术日益受到重视。
铝合金焊接有几大难点：焊接接头软化严重，强度系数低，表面易产生难熔的Al2O3氧化膜，需要采用大功率密度的焊接工艺；易产生气孔、热裂纹等缺陷；线膨胀系数大，易产生焊接变形；热导率大，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。
目前铝合金焊接最常用方法为传统的TIG和MIG。传统TIG焊接过程稳定，焊缝质量较高，但交流TIG焊钨极烧损严重，负载电流有限，焊接速度低且只适用于薄板；熔化极气体保护焊方法虽然能够提高熔覆率和焊接速度，但熔滴过渡不易控制，稳定性不足，易出现气孔，焊接效率的提高受到限制。由此可见，传统焊接方法已经不能满足焊接任务的需求，因此各种高效焊接方法成为研究热点，其中以弧焊应用最为广泛。目前，提高弧焊效率的思路主要集中在提高熔覆效率和焊接速度两方面。
在现有的弧焊方法中，采用的高效化手段主要包括：使用多元混合气体保护、添加活性物质、复合热源、窄间隙焊接等，常用的高效化焊接工艺有T.1.M.E焊、TOP-TIG焊、双丝/多丝焊等。
T.I.M.E.焊接工艺是采用大干伸长和四元保护气体来改变焊接电弧的形态，使熔滴的受力状态发生变化，来获得稳定旋转射流过渡过程，但其缺陷是保护气体对熔敷效率的提高十分有限，并且所使用的保护气体的昂贵价格也限制了此工艺的大范围应用。
TOP-TIG焊直接利用电弧弧柱区的辐射热和等离子区的高温来熔化填充焊丝，加快焊接速度，且焊接过程不产生飞溅，该方法无需利用独立电源对填充焊丝加热，只需重新设计与送丝系统一体化的焊枪，使焊丝在进人熔池之前通过弧柱区，进而大大简化了焊接辅助设备。但目前该技术并不成熟，且主要用于厚度为3mm以下的薄板装配，尚未解决焊接厚度较大制件的问题。目前还没有在铝合金中得到应用，因为焊接铝合金采用交流TIG形式，钨极烧损严重，这导致钨极与焊丝的相对位置发生改变，焊接过程极不稳定。
多丝多弧焊主要以熔化极为主，能够实现单面多弧复合焊，这种焊接方法大幅度的提高了焊接速度，使单位时间内焊缝的热输入减小，可用于薄板的高效焊接(其中以德国TANDEM技术最为成熟，应用最广泛)，但其工艺设备复杂。与MIG焊相似，多丝多弧焊也会出现熔滴过渡不易控制、质量不稳定、易出现气孔等问题。
此外，激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等技术也在铝合金焊接中得到良好应用，但这些方法也存在设备成本高、工件准备工序要求严等问题。
综上所述，现有焊接方法不能同时兼顾提高焊接效率、保证焊缝成形、简化焊接设备、过程稳定、灵活性、成本低等优势，使得焊接效率的进一步提高遇到瓶颈。
发明内容
本发明是要解决现有焊接铝合金方法焊接效率低、焊缝成形不好、焊接设备复杂、过程不稳定、灵活性差、成本高的问题，而提供一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法。
本发明一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法具体是按以下步骤进行的：
将恒流TIG焊接电源的正极输出端与待焊工件连接，恒流TIG焊接电源的负极输出端与钨极电极夹连接，TIG焊枪夹持在钨极电极夹上，所述TIG焊枪侧壁的气体保护套内设置有熔化极焊丝；将恒压MIG焊接电源的正极输出端与熔化极电极夹连接，MIG焊枪夹持在熔化极电极夹上，恒压MIG焊接电源的负极输出端与待焊工件连接；通过IGBT开关交替控制恒流TIG焊接电源和恒压MIG焊接电源的通断，使TIG焊枪的钨极和MIG焊枪的熔化极交替放电，保持TIG焊枪和MIG焊枪相对位置不变进行焊接；所述TIG焊枪与所述MIG焊枪的切换频率为0.1～500Hz。
本发明的有益效果是：
本发明采用双电极高频切换方式，可以避免两电弧同时产生时的电磁干扰，同时提高了钨极和熔化极电流负载能力，这样增加了焊丝的热输入，提高了焊丝的熔化速度，使得焊接的熔敷速度和焊接速度大大提高；采用TIG和MIG复合热源，在合理的焊接规范下，可以实现TIG焊电弧稳定和MIG焊接效率高的优势互补；参数调节范围宽，通过调节电流、电压、切换频率、电极间距、电极间位置关系等参数，可完成不同厚度铝合金试件的焊接。焊接过程中，钨极直流正接，便于阴极发射电子，这样可以减少钨极烧损，提高电流负载能力；熔化极直流反接，清理铝合金表面氧化膜，同时使熔化极接正极可保持较大的焊丝熔化效率。以这种交替直流取代传统铝合金交流焊接的方式，焊接稳定性大大提高；本发明采用TIG-MIG一体化焊枪，简化焊接设备，焊接过程中不再需要考虑送丝的朝向问题，适用于全位置焊接。焊接灵活性增强，有利于搭载机器人实现焊接自动化。
附图说明
图1为TIG焊枪单独工作时的示意图；其中1为恒流TIG焊接电源，2为恒压MIG焊接电源，3为钨极电极夹，4为熔化极电极夹，5为待焊工件，6为第一开关，7为第二开关，8为TIG焊枪，9为MIG焊枪；
图2为MIG焊枪单独工作时的示意图；其中1为恒流TIG焊接电源，2为恒压MIG焊接电源，3为钨极电极夹，4为熔化极电极夹，5为待焊工件，6为第一开关，7为第二开关，8为TIG焊枪，9为MIG焊枪。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式本发明一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法具体是按以下步骤进行的：
将恒流TIG焊接电源1的正极输出端与待焊工件5连接，恒流TIG焊接电源1的负极输出端与钨极电极夹3连接，TIG焊枪8夹持在钨极电极夹3上，所述TIG焊枪8侧壁的气体保护套内设置有熔化极焊丝；将恒压MIG焊接电源2的正极输出端与熔化极电极夹4连接，MIG焊枪9夹持在熔化极电极夹4上，恒压MIG焊接电源2的负极输出端与待焊工件5连接；通过IGBT开关交替控制恒流TIG焊接电源1和恒压MIG焊接电源2的通断，使TIG焊枪8的钨极和MIG焊枪9的熔化极交替放电，保持TIG焊枪8和MIG焊枪9相对位置不变进行焊接；所述TIG焊枪8与所述MIG焊枪9的切换频率为0.1～500Hz。
本实施方式采用双电极高频切换方式，可以避免两电弧同时产生时的电磁干扰，同时提高了钨极和熔化极电流负载能力，这样增加了焊丝的热输入，提高了焊丝的熔化速度，使得焊接的熔敷速度和焊接速度大大提高；采用TIG和MIG复合热源，在合理的焊接规范下，可以实现TIG焊电弧稳定和MIG焊接效率高的优势互补；参数调节范围宽，通过调节电流、电压、切换频率、电极间距、电极间位置关系等参数，可完成不同厚度铝合金试件的焊接。焊接过程中，钨极直流正接，便于阴极发射电子，这样可以减少钨极烧损，提高电流负载能力；熔化极直流反接，清理铝合金表面氧化膜，同时使熔化极接正极可保持较大的焊丝熔化效率。以这种交替直流取代传统铝合金交流焊接的方式，焊接稳定性大大提高；本实施方式采用TIG-MIG一体化焊枪，简化焊接设备，焊接过程中不再需要考虑送丝的朝向问题，适用于全位置焊接。焊接灵活性增强，有利于搭载机器人实现焊接自动化。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述TIG焊枪8的喷嘴处设置有保护气体通道，所述保护气体为Ar与He的混合气或Ar；所述保护气体的通入速率为10～15L/min。其他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或二不同的是：所述TIG焊枪8的钨极与所述MIG焊枪9的熔化极成5°～30°夹角。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述TIG焊枪8的钨极与所述MIG焊枪9的熔化极的端点距离为2～10mm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述IGBT开关包括第一开关6和第二开关7。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述恒流TIG焊接电源1的输出电流为200～400A。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述恒压MIG焊接电源2的输出电压为300～400V。其他与具体实施方式一至六之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法具体是按以下步骤进行的：
将恒流TIG焊接电源1的正极输出端与待焊工件5连接，恒流TIG焊接电源1的负极输出端与钨极电极夹3连接，TIG焊枪8夹持在钨极电极夹3上，所述TIG焊枪8侧壁的气体保护套内设置有熔化极焊丝；将恒压MIG焊接电源2的正极输出端与熔化极电极夹4连接，MIG焊枪9夹持在熔化极电极夹4上，恒压MIG焊接电源2的负极输出端与待焊工件5连接；通过IGBT开关交替控制恒流TIG焊接电源1和恒压MIG焊接电源2的通断，使TIG焊枪8的钨极和MIG焊枪9的熔化极交替放电，保持TIG焊枪8和MIG焊枪9相对位置不变进行焊接。
所述TIG焊枪8的喷嘴处设置有保护气体通道，所述保护气体为Ar；所述保护气体的通入速率为10～15L/min。所述TIG焊枪8的钨极与所述MIG焊枪9的熔化极成15°夹角。所述TIG焊枪8的钨极与所述MIG焊枪9的熔化极的端点距离为5mm。所述TIG焊枪8与所述MIG焊枪9的切换频率为200Hz。所述恒流TIG焊接电源1的输出电流为400A。所述恒压MIG焊接电源2的输出电压为400V。
焊后，所得焊缝表面无飞溅气孔夹等缺陷，成形系数为2.2。

Claims (7)

1.一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法具体是按以下步骤进行的：
将恒流TIG焊接电源(1)的正极输出端与待焊工件(5)连接，恒流TIG焊接电源(1)的负极输出端与钨极电极夹(3)连接，TIG焊枪(8)夹持在钨极电极夹(3)上，所述TIG焊枪(8)侧壁的气体保护套内设置有熔化极焊丝；将恒压MIG焊接电源(2)的正极输出端与熔化极电极夹(4)连接，MIG焊枪(9)夹持在熔化极电极夹(4)上，恒压MIG焊接电源(2)的负极输出端与待焊工件(5)连接；通过IGBT开关交替控制恒流TIG焊接电源(1)和恒压MIG焊接电源(2)的通断，使TIG焊枪(8)的钨极和MIG焊枪(9)的熔化极交替放电，保持TIG焊枪(8)和MIG焊枪(9)相对位置不变进行焊接；所述TIG焊枪(8)与所述MIG焊枪(9)的切换频率为0.1～500Hz。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于所述TIG焊枪(8)的喷嘴处设置有保护气体通道，所述保护气体为Ar与He的混合气或Ar；所述保护气体的通入速率为10～15L/min。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于所述TIG焊枪(8)的钨极与所述MIG焊枪(9)的熔化极成5°～30°夹角。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于所述TIG焊枪(8)的钨极与所述MIG焊枪(9)的熔化极的端点距离为2～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于所述IGBT开关包括第一开关(6)和第二开关(7)。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于所述恒流TIG焊接电源(1)的输出电流为200～400A。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金TIG与MIG交替复合焊接方法，其特征在于所述恒压MIG焊接电源(2)的输出电压为300～400V。
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