CN105537723B - 双空心阴极摆动电弧焊接方法 - Google Patents

双空心阴极摆动电弧焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105537723B
CN105537723B CN201610018676.2A CN201610018676A CN105537723B CN 105537723 B CN105537723 B CN 105537723B CN 201610018676 A CN201610018676 A CN 201610018676A CN 105537723 B CN105537723 B CN 105537723B
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
arc
hollow
hollow cathode
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610018676.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105537723A (zh
Inventor
陈树君
徐斌
蒋凡
张瑞英
李晓旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201610018676.2A priority Critical patent/CN105537723B/zh
Publication of CN105537723A publication Critical patent/CN105537723A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105537723B publication Critical patent/CN105537723B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

双空心阴极摆动电弧焊接方法，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和抽气装置与之相连。利用抽气装置，使其中一个管状阴极空心腔内及电弧中心区形成负压状态，在大气压力的作用下，形成拘束态电弧，而另一电弧处于自由状态，持续一定时间后，使拘束态电弧恢复成自由态，而另一电弧成为拘束态，随后如此往复进行，使两电弧一直处于自由态和拘束态并存的形式。焊丝从两电极中间送入，在交替出现自由态和拘束态的情况下，熔滴往复摆动。该方法提高焊接速度，增加电流承载能力，减小焊接变形，对熔池产生一种震荡搅动作用，防止粗大晶粒的产生，提高焊缝质量。减少电弧对工件的热量输入，减小热影响区范围。

Description

双空心阴极摆动电弧焊接方法
技术领域
本发明涉及一种双空心阴极摆动电弧焊接方法，属于焊接方法领域。
背景技术
随着现代科技的逐步发展，焊接也逐渐从技艺走向科学。传统粗放式的焊接方法已无法满足现代工业的要求，高质高效的先进焊接技术成为焊接工作者追求的目标。
拘束电弧可以在相同焊接工艺参数的条件下，提高电弧能量密度，进而可以提高焊接速度和焊接生产效率。目前的研究中拘束电弧焊接方法主要为等离子弧焊接，这种焊接方法是传统TIG焊的进阶技术，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。
为了增加一次焊缝宽度，减少焊接道数，提高熔敷效率，人们提出了双弧焊接方法。双弧焊接主要分为双丝熔化极焊接和双钨极非熔化极焊接。根据焊丝接电极的不同，双丝焊又分为串列双丝焊、并列双丝焊和串连双丝焊。当利用双电源时，一般电源分为双直流电源、前直后交或者双交流等配置方式。实际应用中，如果两个都用直流电，容易产生电磁干扰，所以主要以前直后交方式为主，前面一根丝通直流电，低电压大电流，得到大熔深；后面一根丝通交流电，利用交流电源焊缝成型比较平滑的特性，用来形成良好的焊缝成型。
双钨极TIG焊接是近年来新出现的一种新型焊接方法，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和焊接熔敷率，在保持钨极氩弧焊高品质的基础上提高了焊接生产率。
摆动焊接有多种方式可以实现，既可以通过施加外力使焊枪进行机械摆动，也可以通过电磁力或者利用气体的热收缩效应来控制电弧。电弧摆动方式主要有锯齿形、弓字形、点之形、圆弧形和直线型。摆动焊接可以一次获得较宽的焊缝，减少焊道次数，大幅提高焊接生产效率，缩短焊接时间。
本发明在同一把焊枪内设置两个相同的管状钨极，两钨极之间垂直送入焊丝，通过抽气装置使其中一个空心阴极内部及其下方电弧中心区形成负压状态，在外界大气压的作用下形成拘束态电弧，此时，另一电弧为自由态。持续一定时间后，交换操作，使两电弧的拘束态和自由态交替进行，出现摆动效果。从两电弧中间送入的熔滴在电弧力的作用下会在两侧往返摆动。此焊接方法可以在保证焊接质量的前提下，提高焊接速度，增加电流承载能力，减小焊接变形。拘束态电弧可以提高电弧的能量密度，增加对焊接工件的穿透能力，拘束态电弧和自由态电弧的交替出现，对熔池还会产生一种震荡搅动作用，可以防止粗大晶粒的产生，从而提高焊缝质量。焊丝从中间垂直送入可以平衡两电弧的相互干扰作用，吸收部分电弧热量，减少电弧对工件的热量输入，减小热影响区范围。摆动的熔滴可以一次填充较宽的区域，弥补咬边及熔池下榻等焊接缺陷，进一步提高焊接生产效率。
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，提出了一种双空心阴极摆动电弧焊接方法。该焊接方法通过抽气装置使两空心阴极形成的电弧交替出现拘束态和自由态，从而实现了摆动焊的效果。从两电极中间送入的熔滴在周期变化的电弧力的作用下，在两侧往复摆动，增加了填充面积，不仅改善了焊缝质量，还提高了焊接效率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种双空心阴极的摆动电弧焊接方法。
双空心阴极摆动电弧焊接方法，在焊接过程中，通过两个抽气系统，交替抽气，使两空心阴极下方交替出现拘束态电弧和自由态电弧复合的耦合电弧，通过控制两空心阴极出口的压力值，控制耦合电弧内的等离子体流动，从而形成摆动焊接效果；焊丝从两电极中间送入，熔滴在电弧力和气流的引导下，有规律的往复摆动。
所述空心阴极为空心管状非熔化电极。
同一把焊枪内部设置两个相同的并列空心阴极，焊丝从两空心阴极中间送入电弧。
由两个抽气系统分别控制空心阴极内部及空心阴极形成的电弧中心区的压强值；通过控制阀门使两电极下方交替出现自由态和拘束态电弧复合的耦合电弧。
两电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。
焊接过程中双空心阴极的电流波形为直流、方波、交流或变极性波形。
焊接过程中，在形成自由态电弧的空心阴极中通入气体，增强耦合电弧内的气体流动。
两个并列的空心管状阴极分别通过连接接头依次连接阀门、压力释放装置、抽气装置连接构成两个并列的气体回路，压力释放装置上设有压强显示装置；两个并列的空心管状阴极分别经由焊接电源及控制系统与工件连接；焊丝由送丝装置送入两个并列的空心管状阴极之间，两个并列的空心管状阴极外面采用保护气喷嘴进行气体保护。
利用抽气装置，开启一侧阀门，使其中一个管状阴极空心腔内及电弧中心区形成负压状态，在大气压力的作用下，使此电弧产生压缩效果，形成拘束态电弧，而此时另一电弧处于自由状态，持续一定时间后，关闭此阀门，开启另一侧阀门，使拘束态电弧恢复成自由态，而另一电弧成为拘束态，随后如此往复进行，使两电弧一直处于自由态和拘束态并存的形式。焊丝从两电极中间垂直送入，在上述两侧电弧交替出现自由态和拘束态的情况下，熔滴出现往复摆动现象。
两个焊接电源分别控制，抽气装置也分为两路。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实现熔滴的摆动。其他焊枪必须的气路和水路按照常规方法连接。
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阴极分别连接成回路。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。确保抽气回路中的两个阀门处于关闭状态，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，分别燃起两个空心阴极电弧，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，打开一侧气路上的阀门，并同时调节压力释放装置，使空心阴极内部及电弧中心区压强值保持在预设值，持续一定时间后，关闭此阀门，开启另一气路中的阀门，使两电弧的拘束态与自由态交替，起到摆动焊接效果，之后，如此反复操作。
(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和电弧自由态和拘束态的交替时间，控制电弧拘束程度、摆动程度和摆动范围，进而准确控制焊接热输入和熔滴填充范围。
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，本发明始终存在一侧电弧处于拘束状态，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。焊丝从中间垂直送入可以平衡两电弧的相互干扰作用，吸收部分电弧热量，减少电弧对工件的热量输入，减小热影响区范围。摆动的熔滴可以一次填充较宽的区域，弥补咬边及熔池下榻等焊接缺陷，进一步提高焊接生产效率。
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。
4、与摆动TIG焊或熔化极摆动焊接相比，本发明是气流和电弧引导的熔滴摆动，不仅实现了电弧的摆动，而且还是熔滴产生对称摆动，效果明显。本发明摆动焊过程中产生的拘束电弧对熔池会产生强烈的搅动作用，阻止了粗大晶粒的产生，提高了焊缝质量。
附图说明
图1是本焊接方法左侧阀门启动时焊接工作示意图。
图2是本焊接方法右侧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：压强显示装置，5和6：压力释放装置，7和8：抽气装置，(9、10、11、12、15、16)：导气管路，13和14：阀门，(17、18、19、20、)：焊接电缆，21：保护气瓶，22：保护气导气管，23：焊接工件，24：熔滴左偏时产生的熔池，25：自由态电弧，26：左偏熔滴，27和28：空心管状钨极，29：保护气喷嘴，30和31：连接接头，32：密封套，33：焊丝，34：送丝装置，35：拘束态电弧，36：右偏熔滴，37：熔滴右偏时产生的熔池。
具体实施方式
以下参考附图具体地说明本发明实施方式。
首先连接焊接回路和气路装置，将焊接电源及控制系统1的一端通过焊接电缆17与空心钨极28相连，另一端通过焊接电缆19与焊接工件23相连。焊接电源及控制系统2的一端通过焊接电缆18与空心钨极27相连，另一端通过焊接电缆20与焊接工件23相连。抽气装置7、压力释放装置5、压强显示装置3、阀门13和空心管状钨极28通过导气管路9、11、15连通，其中导气管路15与空心钨极28通过连接接头30相连。抽气装置8、压力释放装置6、压强显示装置4、阀门14和空心管状钨极27通过导气管路10、12、16连通，其中导气管路16与空心钨极27通过连接接头31相连。焊丝33由送丝装置34送出，通过密封套32垂直送入电弧。保护气瓶21内的保护气通过22送入保护气碰嘴29。其他焊枪必须的气路和水路按照常规方法连接。
然后在确保阀门13和14关闭的状态下，开启抽气装置7和8，调节压力释放装置5和6，使压强显示装置3和4显示的值为预设值。开启焊接电源1和2，引燃电弧，此时两电弧均为自由态电弧，如电弧25所示，开启保护气屏21，使保护气流入保护气碰嘴29，将焊丝33按照一定速度持续送入电弧。待电弧稳定之后，开启阀门13，使空心钨极28与工件23形成的电弧中心形成负压状态，在大气压的作用下形成拘束电弧，此时在气流和电弧力的作用下熔滴26向压缩电弧侧偏移。持续一定时间后，关闭阀门13，开启阀门14，此时空心钨极27与工件23之间形成的电弧中心区为负压状态，在大气压作用下形成拘束态电弧35，熔滴36偏向压缩电弧。如此往复进行，实现电弧和熔滴的往复摆动。
利用本发明的焊接装置可以实现气流引导的摆动电弧焊接，在电弧力和气流的共同作用下，熔滴也可以有规律的摆动，并且在焊接过程中，拘束态的电弧可以提高对工件的穿透能力，实现深熔焊接过程，交替变化的自由态和拘束态电弧会对熔池产生剧烈的震荡搅拌作用，防止产生粗大晶粒，改善焊缝质量。

Claims (10)

1.双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，通过两个抽气系统，交替抽气，使两空心阴极下方交替出现拘束态电弧和自由态电弧复合的耦合电弧，通过控制两空心阴极出口的压力值，控制耦合电弧内的等离子体流动，从而形成摆动焊接效果；焊丝从两电极中间送入，熔滴在电弧力和气流的引导下，有规律的往复摆动。
2.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：所述空心阴极为空心管状非熔化电极。
3.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：同一把焊枪内部设置两个相同的并列空心阴极，焊丝从两空心阴极中间送入电弧。
4.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：由两个抽气系统分别控制空心阴极内部及空心阴极形成的电弧中心区的压强值；通过控制阀门使两电极下方交替出现自由态和拘束态电弧复合的耦合电弧。
5.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：两电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。
6.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：在焊接过程中，按照需要调节压力和电弧自由态和拘束态的交替时间，控制电弧拘束程度、摆动程度和摆动范围，进而准确控制焊接热输入和熔滴填充范围。
7.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：焊接过程中双空心阴极的电流波形为直流或交流。
8.根据权利要求7所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：交流波形包括变极性波形。
9.根据权利要求1所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法，其特征在于：焊接过程中，在形成自由态电弧的空心阴极中通入气体，增强耦合电弧内的气体流动。
10.进行权利要求1-8任一项所述的双空心阴极摆动电弧焊接方法采用的装置，其特征在于，两个并列的空心管状阴极分别通过连接接头依次连接阀门、压力释放装置、抽气装置连接构成两个并列的气体回路，压力释放装置上设有压强显示装置；两个并列的空心管状阴极分别经由焊接电源及控制系统与工件连接；焊丝由送丝装置送入两个并列的空心管状阴极之间，两个并列的空心管状阴极外面采用保护气喷嘴进行气体保护。
CN201610018676.2A 2016-01-12 2016-01-12 双空心阴极摆动电弧焊接方法 Active CN105537723B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610018676.2A CN105537723B (zh) 2016-01-12 2016-01-12 双空心阴极摆动电弧焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610018676.2A CN105537723B (zh) 2016-01-12 2016-01-12 双空心阴极摆动电弧焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105537723A CN105537723A (zh) 2016-05-04
CN105537723B true CN105537723B (zh) 2017-11-24

Family

ID=55817535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610018676.2A Active CN105537723B (zh) 2016-01-12 2016-01-12 双空心阴极摆动电弧焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105537723B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108817611A (zh) * 2018-06-29 2018-11-16 山东大学 一种强制拘束型电弧金属增材制造装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4565914A (en) * 1982-04-30 1986-01-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for demounting a spot welded metal plate
CN103203529A (zh) * 2013-03-28 2013-07-17 北京工业大学 非熔化极电弧与双丝熔化极电弧交叉耦合的焊接方法
CN104148785A (zh) * 2014-08-07 2014-11-19 哈尔滨工程大学 基于中心填丝的可控分流双钨极耦合电弧焊枪装置及焊接方法
CN104308342A (zh) * 2014-09-10 2015-01-28 北京工业大学 中心脉动负压电弧焊接装置及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6044176A (ja) * 1983-08-22 1985-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 金属の加工装置
EP2829349B1 (de) * 2013-07-26 2017-12-20 Linde Aktiengesellschaft Schweißbrenner und Schweißgerät mit Hohlelektrode und potentialfrei zugeführtem Schweißzusatzwerkstoff, Schweißverfahren und Verwendung eines Prozessgases

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4565914A (en) * 1982-04-30 1986-01-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for demounting a spot welded metal plate
CN103203529A (zh) * 2013-03-28 2013-07-17 北京工业大学 非熔化极电弧与双丝熔化极电弧交叉耦合的焊接方法
CN104148785A (zh) * 2014-08-07 2014-11-19 哈尔滨工程大学 基于中心填丝的可控分流双钨极耦合电弧焊枪装置及焊接方法
CN104308342A (zh) * 2014-09-10 2015-01-28 北京工业大学 中心脉动负压电弧焊接装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105537723A (zh) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108788389A (zh) 一种梯度材料双丝双钨极氩弧增材制造的装置与方法
CN206578445U (zh) 一种双热源复合焊炬及双热源复合焊接系统
CN107999962B (zh) 一种双cmt/双丝cmt辅助的激光焊接方法
CN103128423B (zh) 外加高频磁场的激光tig电弧同轴复合焊接方法及装置
CN103521885A (zh) 双丝间接电弧交替旁路的焊接方法
CN103753024A (zh) 激光-双丝间接旁路电弧复合的焊接方法
CN105436672B (zh) 一种空心阴极环状负压电弧焊接方法
CN104985303B (zh) 一种InFocus‑TOPTIG双电弧复合焊接方法
CN101530943A (zh) 一种旁路分流双面电弧焊装置及焊接方法
CN101972879A (zh) 高焊丝熔化速度且低焊接热输入的电弧焊接方法
CN105499765B (zh) 熔化极环状负压电弧焊接方法
CN105195875B (zh) 锁孔效应tig深熔焊焊枪
CN105108289B (zh) 一种附有空心钨极的熔化极气体保护焊焊枪
CN105537723B (zh) 双空心阴极摆动电弧焊接方法
CN103071937B (zh) 外加高频磁场的激光-tig电弧旁轴复合焊接方法及装置
CN105478969B (zh) 双中心负压电弧填丝焊接方法
JP7030371B2 (ja) 可変極性三線ガス保護間接アーク溶接方法、装置及びその使用
CN103008852B (zh) 一种埋弧焊工艺
CN104785931B (zh) 一种等离子-埋弧复合焊接系统及其焊接方法
CN106862718B (zh) 交流主电弧与旁路交流热丝电弧的复合电弧成形制造方法
CN106493457A (zh) 一种氩气保护下的复合电弧装置及其焊接方法
CN110405326A (zh) 用于深窄间隙的tig励磁焊枪及焊接方法
CN109483022B (zh) 一种气-磁联合调控双钨极toptig焊焊接方法
CN113732446B (zh) 一种电弧空间结构可控的旁路耦合三丝间接电弧焊方法
CN207695828U (zh) 一种双钨极电弧耦合tig焊枪装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant