CN105478969B - 双中心负压电弧填丝焊接方法 - Google Patents

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Abstract

双中心负压电弧填丝焊接方法，属于焊接方法领域。设置两个相同的空心管状阴极，分别将两套焊接电源及控制系统与之相连。利用抽气装置将电弧中心区气体抽离，使此区域压强降低，从电弧中心区到电弧外的气体存在一定的压力差，在大气压的作用下，使两电弧同时被压缩，形成高能量密度的拘束电弧。焊丝从两电极中间垂直送入，吸收电弧热量熔化形成熔滴，过渡到熔池。该焊接方法增加了电流承载能力，提高焊接速度。形成的高能量密度电弧增加了对工件的穿透能力，减弱了两电弧的相互干扰作用，抽气会抽离部分电弧热量，减小热影响区范围，改善焊接变形。在两电极之间填入焊丝可以平衡两电弧的干扰作用，弥补高能束焊接带来的咬边、熔池下榻等焊接缺陷。

Description

双中心负压电弧填丝焊接方法
技术领域
本发明涉及一种双中心负压电弧填丝焊接方法，属于焊接方法领域。
背景技术
焊接已逐渐成为现代工业不可或缺的一种加工工艺，小到手机、手表、电子芯片，大到汽车、船舶、航天器、大型建筑结构，都离不开焊接技术。随着人们在焊接领域投入的增加，新型的焊接技术如雨后春笋般层出不穷，这些新技术、新方法的目的都是改善焊接质量，提高焊接效率。
高能束焊接一直是高效焊接的典范，在弧焊领域，等离子弧焊是目前最佳的高能束焊接方法，该方法通过机械压缩、自磁压缩和水冷压缩的三大压缩作用，使电弧产生拘束效果，提高电弧穿透能力，可以不开坡口一次焊透较厚的工件，显著提高焊接效率。但该焊接方法所用设备相对其他弧焊设备昂贵，而且对焊接工况要求相对较高，焊接工艺参数调节域度窄。
通过研究发现将两个钨极放置于同一把焊枪内部，同时起弧实现双弧焊接，不仅可以保证焊接质量，而且可以大幅提高焊接效率，双钨极TIG焊接应运而生。双钨极TIG焊接可以克服传统单TIG焊焊接效率低的缺点。在同一个焊枪内部放置两个彼此绝缘的钨极，由两台焊接电源供电，在两钨极之间形成一个耦合电弧,电弧电压低于传统单钨极电弧。该方法提高了钨极氩弧焊的焊接速度，在保持钨极氩弧焊高品质的基础上提高了焊接生产率。
本发明涉及一种双中心负压电弧填丝焊接方法，在同一个焊枪内部设置两个相同的空心钨极，分别将两套焊接电源和抽气装置与之相连。利用抽气装置将电弧中心区气体抽离，使此区域压强降低，从电弧中心区到电弧外的气体存在一定的压力差，在大气压的作用下，使两电弧同时被压缩，形成高能量密度的拘束电弧。焊丝从两电极中间垂直送入，吸收电弧热量熔化形成熔滴，过渡到熔池。该焊接方法为双弧焊接，增加了电流承载能力，可以相应提高焊接速度。抽气后，形成的高能量密度电弧增加了对焊接工件的穿透能力，减弱了两电弧的相互干扰作用，抽气会抽离部分电弧热量，减小对工件的热作用，减小热影响区范围，明显改善焊接变形。在两电极之间填入焊丝可以平衡两电弧的干扰作用，吸收部分电弧热量，并且可以填充焊缝，弥补高能束焊接带来的咬边、熔池下榻等焊接缺陷。
发明内容
本发明目的在于克服现有焊接方法的缺陷及不足，提出了一种双中心负压电弧填丝焊接方法。通过抽气装置使电弧中心区域形成负压状态，在大气压力作用下，形成拘束电弧，提高电弧能量密度，增加电弧对工件的穿透能力，提高焊接效率。与此同时，将焊丝从两电极中间垂直送入电弧区域，使熔化的焊丝填充焊缝，弥补拘束电弧引起的咬边、熔池下榻等焊接缺陷。
为了达到上述目的，本发明通过一路抽气装置和两个焊接电源控制电弧的拘束程度。抽气系统包括抽气装置、压力释放装置和压强显示装置，通过压力释放装置调节预设压力。使焊丝通过送丝装置从两电极中间垂直送入，利用电弧的热量熔化并过渡到熔池内部其他焊枪必须的气路和水路按照常规方法连接。
双中心负压电弧填丝焊接方法，是一种双钨极耦合电弧焊接方法，在同一把焊枪内部设置两个并列的空心钨极，利用抽气装置使钨极内腔及空心钨极尖端与工件之间形成的电弧中心区域形成负压状态，在大气压力的作用下，形成高能量密度的拘束电弧；在两空心钨极之间并行送入焊丝，填充焊缝，两空心钨极及送入的焊丝均垂直工件。
利用抽气装置使电弧中心区域形成负压状态，在大气压力的作用下电弧被压缩，形成双钨极拘束态耦合电弧。
两空心钨极尖端的连线垂直于焊接方向、平行于焊接方向或与焊接方向成一定角度。
焊接过程中分别精确控制双空心钨极所形成拘束态电弧中心的压强值，从而控制其拘束程度及电弧内等离子体的流动状态，对电弧的穿透能力和焊丝的熔滴过渡进行准确控制。
焊接过程中，周期性双中心负压-双中心自由态-双中心负压，使拘束电弧间歇性出现，对熔池产生震荡搅拌作用，阻止粗大晶粒的产生，改善焊缝质量。
所用装置，两并列空心钨极分别经由两个焊接电源及控制系统与工件连接，在两并列空心钨极上端外部设有封闭的空腔，此封闭的空腔通过阀门依次与压力释放装置、抽气装置连接，构成气路，压力释放装置上设有压强显示装置；焊丝经由封闭的空腔上的密封套依次穿过封闭的空腔、两并列空心钨极间达到工件上方；两并列空心钨极尖端采用保护气喷嘴进行气体保护。
该焊接方法具体操作步骤如下:
(1)焊前准备。将焊接工件及与之相匹配的焊丝准备就绪，如果板厚较大时，适当开坡口。将两个焊接电源和控制系统与不同的空心钨极分别连接成回路。将抽气装置、压力释放装置和压强显示装置连接进气路系统，并确保气路畅通。其他的气路和水路按常规接法连接。
(2)抽气。确保抽气回路中的阀门处于关闭状态，开启抽气装置，调节压力释放装置，使压强显示装置上显示的压强值为预设值。
(3)起弧。调节焊接电源内的焊接工艺参数，分别燃起两个空心钨极电弧，开启送丝装置，使焊丝按照一定速度持续送入焊接电弧内部并熔化，待电弧稳定之后，打开气路上的阀门，并同时调节压力释放装置，使空心钨极内部及电弧中心区压强值保持在预设值。
(4)正常焊接。待上述电弧稳定之后，按照一定的焊接速度开始正常焊接。在焊接过程中，可以按照需要调节压力，控制电弧拘束程度，进而准确控制焊接热输入。
与现有技术相比，本发明方法的优点如下。
1、与单钨极电弧焊接相比，在相同钨极载流能力条件下，本发明能够承载更大的电流，增加焊接热输入，因此在焊接过程中可以提高焊接速度，提高焊接效率。本发明同时可以实现电弧的拘束作用，提高焊接穿透力，增加焊缝深宽比。
2、与实心双TIG焊接相比，本发明所述的焊接电弧在大气压力的作用下处于压缩状态，不仅提高了电弧的能量密度，增加了电弧的穿透能力，而且降低了两电弧的相互干扰作用。在两电极之间送入的焊丝不仅起到填充焊缝的作用，还可以平衡两电弧，降低其干扰程度。
抽气会抽离部分电弧热量，减小对工件的热作用，减小热影响区范围，明显改善焊接变形。在两电极之间填入焊丝可以平衡两电弧的干扰作用，吸收部分电弧热量，并且可以填充焊缝，弥补高能束焊接带来的咬边、熔池下榻等焊接缺陷。
3、与等离子弧焊接相比，本发明无需等离子发生装置及压缩喷嘴即可产生压缩电弧，安全、绿色、环保，社会效益较高。而且本发明实现的电弧拘束效果，随时可控可调，实现了穿透力和焊接热输入的精确控制。在焊接过程还可以周期性开启-关闭-开启导气管路上的阀门，实现拘束电弧的间歇性出现，对熔池起到震荡搅动作用。
附图说明
图1是本焊接方法阀门关闭时焊接工作示意图。
图2是本焊接方法阀门启动时焊接工作示意图。
图中：1和2：焊接电源及控制系统，3和4：空心钨极，5：保护气喷嘴，6：焊接工件，7：抽气装置，8：压力释放装置，9：压强显示装置，(10、11、12)：导气管路，13：阀门，(14、15、16、17)：焊接电缆，18：送丝装置，19：焊丝，(20、21、22、23、24、25)：密封套，26：保护气导气管，27：保护气瓶，28：自由态电弧，29：熔滴，30：自由态电弧形成的熔池，31：拘束态电弧，32：拘束态电弧形成的熔池。
具体实施方式
以下参考附图具体地说明本发明实施方式。
在焊接之前确保各水路、气路和电路连接正常，首先将抽气装置7、压力释放装置8、压强显示装置9、阀门13通过导气管路10、11、12连通。将焊接电源及控制系统1的一端通过焊接电缆15与空心钨极3连接，另一端通过焊接电缆17与焊接工件6相连。将焊接电源及其控制系统2的一端通过焊接电缆14与空心钨极4相连，另一端通过焊接电缆16与焊接工件相连6相连。焊丝19通过送丝装置18送出，垂直送入耦合电弧中心。与此同时，确保密封套20、21、22、23、24、25密封良好，不漏气。保护气瓶27内的保护气通过26送入保护气碰嘴5。其他焊枪必须的气路和水路按照常规方法连接。
然后关闭阀门13，开启抽气装置7，调节压力释放装置8，使压力显示装置9显示的值为预设值。开启焊接电源1和2，引燃电弧，此时电弧为自由态电弧28，焊丝吸收电弧热量熔化形成熔滴29，过渡到熔池30。待电弧稳定之后，打开阀门13，空心钨极中心及电弧中心处压力减小到设定值，在大气压力作用下，形成拘束电弧31，增大了对焊接工件的穿透能力，形成大深宽比的熔池32。待压缩电弧稳定之后，按照一定焊接速度进行焊接。
利用本发明的焊接装置可以实现高能束的双钨极耦合电弧焊接，充分利用大气压力作用，使电弧拘束，提高能量密度。双弧焊接增加了电流承载能力，可以相应提高焊接速度。抽气后，形成的高能量密度电弧增加了对焊接工件的穿透能力，减弱了两电弧的相互干扰作用，抽气会抽离部分电弧热量，减小对工件的热作用，减小热影响区范围，明显改善焊接变形。在两电极之间填入焊丝可以平衡两电弧的干扰作用，吸收部分电弧热量，并且可以填充焊缝，弥补高能束焊接带来的咬边、熔池下榻等焊接缺陷。

Claims (6)

1.双中心负压电弧填丝焊接方法，其特征在于，是一种双钨极耦合电弧焊接方法，在同一把焊枪内部设置两个并列的空心钨极，利用抽气装置使钨极内腔及空心钨极尖端与工件之间形成的电弧中心区域形成负压状态，在大气压力的作用下，形成高能量密度的拘束电弧；在两空心钨极之间并行送入焊丝，填充焊缝，两空心钨极及送入的焊丝均垂直工件。
2.根据权利要求1所述的双中心负压电弧填丝焊接方法，其特征在于：利用抽气装置使电弧中心区域形成负压状态，在大气压力的作用下电弧被压缩，形成双钨极拘束态耦合电弧。
3.根据权利要求1所述的双中心负压电弧填丝焊接方法，其特征在于：两空心钨极尖端的连线垂直于焊接方向、平行于焊接方向或与焊接方向成一定角度。
4.根据权利要求1所述的双中心负压电弧填丝焊接方法，其特征在于：焊接过程中分别精确控制双空心钨极所形成拘束态电弧中心的压强值，从而控制其拘束程度及电弧内等离子体的流动状态，对电弧的穿透能力和焊丝的熔滴过渡进行准确控制。
5.根据权利要求1所述的双中心负压电弧填丝焊接方法，其特征在于：焊接过程中，周期性双中心负压-双中心自由态-双中心负压，使拘束电弧间歇性出现，对熔池产生震荡搅拌作用，阻止粗大晶粒的产生，改善焊缝质量。
6.进行权利要求1-5任一项所述的双中心负压电弧填丝焊接方法采用的装置，其特征在于，两并列空心钨极分别经由两个焊接电源及控制系统与工件连接，在两并列空心钨极上端外部设有封闭的空腔，此封闭的空腔通过阀门依次与压力释放装置、抽气装置连接，构成气路，压力释放装置上设有压强显示装置；焊丝经由封闭的空腔上的密封套依次穿过封闭的空腔、两并列空心钨极间达到工件上方；两并列空心钨极尖端采用保护气喷嘴进行气体保护。
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