CN107584195B - 用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊方法。通过由直流MIG焊电源、直流脉冲电源、TIG焊枪、MIG焊枪、送丝机组成的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，分别调节MIG焊电源和直流脉冲电源的电流，在焊丝、钨极、待焊工件之间建立了3个电弧：焊丝和钨极间的熔丝电弧、钨极和待焊工件间的焊接电弧、焊丝和待焊工件间的阴极清理电弧，将焊丝熔化、待焊工件熔化、待焊工件氧化膜清理三个过程分离开。本发明的焊接方法设计合理，易于实现，可以用于焊接铝合金及镁合金，与传统焊接方式相比，提高了焊接效率与质量，具有很好的实用价值。

Description

用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统及方法

所属技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统及方法。

技术背景

目前，钨极氩弧焊(TIG焊)和熔化极氩弧焊(MIG焊)是应用非常广泛的两种焊接方法。

TIG焊的优点是电弧燃烧稳定、无飞溅、焊接质量高、几乎可以焊接任何金属和合金；缺点是焊接效率低，通常只用于薄板焊接和厚板的打底焊接。

铝合金、镁合金表面覆盖着一层致密的氧化膜，采用TIG焊方法对此类材质的工件进行焊接时，要利用“阴极雾化”作用去除氧化膜，否则无法获得质量良好的焊缝。要使“阴极雾化”发挥作用，工件必须接电源负极，钨极接电源正极，这使钨极极易烧损。因此，TIG焊铝合金时通常需要采用交流电源，即能发挥“阴极雾化”作用，又能保护钨极，从而获得良好的焊接质量。TIG焊铝合金的质量很好，但效率很低，在一定程度上其应用也受到了限制。

为了提高TIG焊的效率，研究人员开发了热丝TIG焊、匙孔TIG焊、活性TIG焊、TIG-MIG复合焊、激光-TIG复合焊、熔丝TIG焊等多种改进型TIG焊方法。但这些方法由于控制复杂、设备成本高等多方面原因，都没有获得广泛应用。

在MIG焊操作过程中，当铝合金熔滴以射流方式过渡时，焊缝易呈现窄而深的指状熔深，焊缝两侧面熔透不良，易引起气孔和裂纹。但当铝合金熔滴以亚射流方式过渡时，焊缝成形优于射流过渡，引起气孔和裂纹的概率也大大降低。因此，亚射流过渡是铝合金MIG焊的首选熔滴过渡方式。但亚射流过渡时熔滴尺寸和焊丝直径相当，在电弧空间通过时会影响电弧稳定性。因此，铝合金MIG焊的焊接质量无法达到TIG焊的水平。

因此，需要一种TIG焊改进方法来提高传统TIG焊的焊接效率和焊接质量。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，包括：直流MIG焊电源、直流脉冲电源、TIG焊枪、MIG焊枪、送丝机。

所述直流MIG焊电源的负极连接到直流脉冲电源的负极上，所述TIG焊枪连接到直流MIG焊电源的负极；所述MIG焊枪连接到直流MIG焊电源的正极；所述直流脉冲电源的正极连接至待焊工件，所述直流脉冲电源的正极接地；所述MIG焊枪和TIG焊枪刚性固定；所述TIG焊枪的钨极端部位于MIG焊枪的焊丝送进路线上。

所述MIG焊枪的轴线与TIG焊枪轴线间的夹角为60°。

所述MIG焊枪的导电嘴端部到TIG焊枪的钨极端部距离为15-20mm。

采用以上内容所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，本发明提供一种进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊的方法，包括以下步骤：

步骤一，摆放待焊工件，使其待焊部位处于水平位置或竖直位置；

步骤二，分别调节直流MIG焊电源和直流脉冲电源的电流预设值，调整MIG焊枪和TIG焊枪到达焊接位置；

步骤三，同时启动直流MIG焊电源和直流脉冲电源，送丝机送进焊丝，焊丝端部与TIG焊枪的钨极端部接触，在焊丝和TIG焊枪的钨极之间点燃熔丝电弧，熔丝电弧持续燃烧；

步骤四，熔丝电弧点燃后，直流脉冲电源输出负脉冲，在待焊工件和TIG焊枪的钨极间建立焊接电弧；

步骤五，直流脉冲电源不输出负脉冲，焊接电弧熄灭，待焊工件和焊丝间将建立阴极清理电弧，对待焊工件表面氧化层进行清理；

步骤六，重复步骤四至步骤五，对MIG焊枪和TIG焊枪进行移动，形成连续焊道，直至焊接完成。

其中，所述步骤一中待焊工件的材质为铝合金或镁合金。

所述步骤一，摆放待焊工件，使其待焊部位处于水平位置时：

所述步骤二，分别调节直流MIG焊电源和直流脉冲电源的电流预设值，调整MIG焊枪和TIG焊枪到达焊接位置的具体方法如下所示：

调整直流MIG焊电源的电流，使熔滴过渡状态为滴状过渡状态或亚射流过渡状态；调整MIG焊枪和TIG焊枪所在平面与焊接方向垂直或平行，并到达焊接位置；

所述步骤一，摆放待焊工件，使其待焊部位处于竖直位置时：

所述步骤二，分别调节直流MIG焊电源和直流脉冲电源的电流预设值，调整MIG焊枪和TIG焊枪到达焊接位置的具体方法如下所示：

调整直流MIG焊电源的电流处于相应直径焊丝的亚射流过渡电流范围，使熔滴过渡状态为亚射流过渡状态，调整MIG焊枪和TIG焊枪所在平面与焊接方向平行，并到达焊接位置。所述MIG焊枪位于下方，所述TIG焊枪位于上方。

所述对MIG焊枪和TIG焊枪进行移动，形成连续焊道，直至焊接完成的具体操作如下所示：

在待焊工件处于水平位置时，如果所述待焊工件为平板工件，所述MIG焊枪和TIG焊枪可以由操作机带动水平移动；如果所述待焊工件为圆筒状或轴类工件，也可以保持MIG焊枪和TIG焊枪不动，由滚轮架带动工件转动，实现焊接；水平位置焊接时，熔滴可以在重力作用下滴落到熔池中，或以亚射流方式飞行，落入熔池中。

在待焊工件处于竖直位置时，熔滴以亚射流方式飞行，落入熔池中。

本发明的有益效果：

本发明提出一种用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统及方法，通过采用直流MIG焊电源和直流脉冲电源联合使用，构成一种交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，在焊丝、钨极、待焊工件之间建立了3个电弧：焊丝和钨极间的熔丝电弧、钨极和待焊工件间的焊接电弧、焊丝和待焊工件间的阴极清理电弧，将焊丝熔化、待焊工件熔化、氧化膜清理三个过程分离开。本发明具有如下有益效果：

1.与传统的交流TIG焊相比，焊接铝合金的稳定性更强，效率更高。本发明是在焊接过程中进行填丝，并且所填充焊丝是靠电弧熔化的，可以达到很高的熔化效率。另外，钨极一直为阴极，发热低，可以采用更大电流焊接，焊接效率更高。

2.焊接电弧为TIG电弧，和MIG焊相比，焊接铝合金更稳定，焊接质量更好。熔滴在熔丝电弧中产生，却不会过渡到熔丝电弧的阴极上，也就是熔滴的状态不影响熔丝电弧的稳定性，在滴状过渡状态下也不产生飞溅。与MIG焊相比，焊接过程更稳定，无飞溅；可以在小电流滴状过渡状态下焊接，也可以在大电流亚射流过渡状态下焊接。

3.熔丝电流和焊接电流可以分别进行调节，使熔合比可控，可以焊接出熔合比很低的焊道，保证焊缝成分。焊接电流的调节独立于熔滴过渡状态，焊接工艺调节范围更宽。

4.当直流脉冲电源不输出负脉冲时，待焊工件为阴极，焊接铝合金时，铝合金表面的氧化膜可以得到很好的清理，达到与交流TIG焊相当的清理效果。

5、本发明设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统的水平位置焊示意图。

图2为本发明具体实施方式中交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统的立向下焊示意图。

图中：1、直流MIG焊电源；2、直流脉冲电源；3、TIG焊枪；4、MIG焊枪；5、送丝机；6、待焊工件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一：参见图1，按照以下内容进行实施：

建立用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，包括：直流MIG焊电源1、直流脉冲电源2、TIG焊枪3、MIG焊枪4、送丝机5。

所述直流MIG焊电源1的负极连接到直流脉冲电源2的负极上，所述TIG焊枪3连接到直流MIG焊电源1的负极；所述MIG焊枪4连接到直流MIG焊电源1的正极；所述直流脉冲电源2的正极连接至待焊工件6，所述直流脉冲电源2的正极接地；所述直流MIG焊电源1连接并向送丝机5供电；所述MIG焊枪4和TIG焊枪3刚性固定；MIG焊枪4的轴线与TIG焊枪3轴线间的夹角为60°；MIG焊枪4的导电嘴端部到TIG焊枪3的钨极端部距离为15-20mm；所述TIG焊枪3的钨极端部位于MIG焊枪4的焊丝送进路线上。

采用上述系统，进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊工作，包括以下步骤：

步骤一，摆放待焊工件6，使其待焊部位处于水平位置；待焊工件6的材质为铝合金或镁合金；

步骤二，分别调节直流MIG焊电源1和直流脉冲电源2的电流预设值，调整MIG焊枪4和TIG焊枪3到达焊接位置；调整直流MIG焊电源1的电流，使熔滴过渡状态为滴状过渡状态或亚射流过渡状态；调整MIG焊枪4和TIG焊枪3所在平面与焊接方向垂直或平行，并到达焊接位置；

步骤三，同时启动直流MIG焊电源1和直流脉冲电源2，送丝机5送进焊丝，焊丝端部与TIG焊枪3的钨极端部接触；由于焊丝通过MIG焊枪4的导电嘴和MIG焊电源的正极相连，而钨极和MIG焊电源的负极相连，焊丝端部电位一直高于钨极电位，因此焊丝和TIG焊枪3的钨极之间点燃熔丝电弧，熔丝电弧持续燃烧；

步骤四，熔丝电弧点燃后，电弧周围温度升高，气体电离变得容易，当直流脉冲电源2输出负脉冲时，待焊工件6的电位高于TIG焊枪3的钨极电位，在待焊工件6和TIG焊枪3的钨极间建立焊接电弧；

步骤五，当直流脉冲电源2不输出负脉冲时，待焊工件6的电位接近钨极电位，焊接电弧熄灭；此时待焊工件6的电位低于焊丝电位，在待焊工件6和焊丝间将建立阴极清理电弧；待焊工件6电位比焊丝低，为阴极，该电弧对待焊工件6表面的氧化膜有清理作用；

步骤六，重复步骤四至步骤五，对MIG焊枪4和TIG焊枪3进行移动，形成连续焊道，直至焊接完成；如果所述待焊工件6为平板工件，所述MIG焊枪4和TIG焊枪3可以由操作机带动水平移动；如果所述待焊工件6为圆筒状或轴类工件，也可以保持MIG焊枪4和TIG焊枪3不动，由滚轮架带动工件转动，实现焊接；水平位置焊接时，熔滴可以在重力作用下滴落到熔池中，熔丝电流调节范围可以根据焊接需要在很大范围内调节，使熔滴过渡状态为滴状过渡、亚射流过渡均可。

具体实施方式二：参见图2，按照以下内容进行实施：

建立用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，包括：直流MIG焊电源1、直流脉冲电源2、TIG焊枪3、MIG焊枪4、送丝机5。

所述直流MIG焊电源1的负极连接到直流脉冲电源2的负极上，所述TIG焊枪3连接到直流MIG焊电源1的负极；所述MIG焊枪4连接到直流MIG焊电源1的正极；所述直流脉冲电源2的正极连接至待焊工件6，所述直流脉冲电源2的正极接地；所述直流MIG焊电源1连接并向送丝机5供电；所述MIG焊枪4和TIG焊枪3刚性固定；MIG焊枪4的轴线与TIG焊枪3轴线间的夹角为60°；MIG焊枪4的导电嘴端部到TIG焊枪3的钨极端部距离为15-20mm；所述TIG焊枪3的钨极端部位于MIG焊枪4的焊丝送进路线上。

采用上述系统，进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊工作，包括以下步骤：

步骤一，摆放待焊工件6，使其待焊部位处于竖直位置；待焊工件6的材质为铝合金或镁合金；

步骤二，分别调节直流MIG焊电源1和直流脉冲电源2的电流预设值，调整MIG焊枪4和TIG焊枪3到达焊接位置；调整直流MIG焊电源1的电流，使熔滴过渡状态为亚射流过渡状态；调整MIG焊枪4和TIG焊枪3所在平面与焊接方向平行，并到达焊接位置；MIG焊枪4位于下方，TIG焊枪3位于上方。

步骤三，同时启动直流MIG焊电源1和直流脉冲电源2，送丝机5送进焊丝，焊丝端部与TIG焊枪3的钨极端部接触；由于焊丝通过MIG焊枪4的导电嘴和MIG焊电源的正极相连，而钨极和MIG焊电源的负极相连，焊丝端部电位一直高于钨极电位，因此焊丝和TIG焊枪3的钨极之间点燃熔丝电弧，熔丝电弧持续燃烧；

步骤四，熔丝电弧点燃后，电弧周围温度升高，气体电离变得容易，当直流脉冲电源2输出负脉冲时，待焊工件6的电位高于TIG焊枪3的钨极电位，在待焊工件6和TIG焊枪3的钨极间建立焊接电弧；

步骤五，当直流脉冲电源2不输出负脉冲时，待焊工件6的电位接近钨极电位，焊接电弧熄灭；此时待焊工件6的电位低于焊丝电位，在待焊工件6和焊丝间将建立阴极清理电弧；待焊工件6电位比焊丝低，为阴极，该电弧对待焊工件6表面的氧化膜有清理作用；

步骤六，重复步骤四至步骤五，对MIG焊枪4和TIG焊枪3进行移动，形成连续焊道，直至焊接完成；在待焊工件6处于竖直位置时，熔滴以亚射流方式飞行，落入熔池中。

Claims (7)

1.一种用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，其特征在于，包括：直流MIG焊电源、直流脉冲电源、TIG焊枪、MIG焊枪、送丝机；

所述直流MIG焊电源的负极连接到直流脉冲电源的负极上，所述TIG焊枪连接到直流MIG焊电源的负极；所述MIG焊枪连接到直流MIG焊电源的正极；所述直流脉冲电源的正极连接至待焊工件，所述直流脉冲电源的正极接地；所述MIG焊枪和TIG焊枪刚性固定；所述TIG焊枪的钨极端部位于MIG焊枪的焊丝送进路线上。

2.根据权利要求1所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，其特征在于，所述MIG焊枪的轴线与TIG焊枪轴线间的夹角为60°。

3.根据权利要求1所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统，其特征在于，所述MIG焊枪的导电嘴端部到TIG焊枪的钨极端部距离为15-20mm。

4.采用权利要求1所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，摆放待焊工件，使其待焊部位处于水平位置或竖直位置；

步骤二，分别调节直流MIG焊电源和直流脉冲电源的电流预设值，调整MIG焊枪和TIG焊枪到达焊接位置；

步骤三，同时启动直流MIG焊电源和直流脉冲电源，送丝机送进焊丝，焊丝端部与TIG焊枪的钨极端部接触，在焊丝和TIG焊枪的钨极之间点燃熔丝电弧，熔丝电弧持续燃烧；

步骤四，熔丝电弧点燃后，直流脉冲电源输出负脉冲，在待焊工件和TIG焊枪的钨极间建立焊接电弧；

步骤五，直流脉冲电源不输出负脉冲，焊接电弧熄灭，待焊工件和焊丝间将建立阴极清理电弧，对待焊工件表面氧化层进行清理:

步骤六，重复步骤四至步骤五，对MIG焊枪和TIG焊枪进行移动，形成连续焊道，直至焊接完成。

5.如权利要求4所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊的方法，其特征在于：所述步骤一中待焊工件的材质为铝合金或镁合金。

6.如权利要求4所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊的方法，其特征在于：

所述步骤一，摆放待焊工件，使其待焊部位处于水平位置时；

所述步骤二，分别调节直流MIG焊电源和直流脉冲电源的电流预设值，调整MIG焊枪和TIG焊枪到达焊接位置的具体方法如下所示：

调整直流MIG焊电源的电流，使熔滴过渡状态为滴状过渡状态或亚射流过渡状态；调整MIG焊枪和TIG焊枪所在平面与焊接方向垂直或平行，并到达焊接位置；

所述步骤一，摆放待焊工件，使其待焊部位处于竖直位置时；

所述步骤二，分别调节直流MIG焊电源和直流脉冲电源的电流预设值，调整MIG焊枪和TIG焊枪到达焊接位置的具体方法如下所示：

调整直流MIG焊电源的电流处于相应直径焊丝的亚射流过渡电流范围，使熔滴过渡状态为亚射流过渡状态，调整MIG焊枪和TIG焊枪所在平面与焊接方向平行，并到达焊接位置；所述MIG焊枪位于下方，所述TIG焊枪位于上方。

7.如权利要求4所述的用于铝合金焊接的交替电弧熔丝钨极氩弧焊系统进行交替电弧熔丝钨极氩弧焊的方法，其特征在于：所述对MIG焊枪和TIG焊枪进行移动，形成连续焊道，直至焊接完成的具体操作如下所示：

在待焊工件处于水平位置时，如果所述待焊工件为平板工件，所述MIG焊枪和TIG焊枪可以由操作机带动水平移动；如果所述待焊工件为圆筒状或轴类工件，也可以保持MIG焊枪和TIG焊枪不动，由滚轮架带动工件转动，实现焊接；水平位置焊接时，熔滴可以在重力作用下滴落到熔池中，或以亚射流方式飞行，落入熔池中；

在待焊工件处于竖直位置时，熔滴以亚射流方式飞行，落入熔池中。