CN109202226B - 基于k-tig的双面双弧穿孔焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，公开了一种基于K‑TIG的双面双弧穿孔焊接方法，该方法将K‑TIG焊枪和GTAW焊枪相对地置于被焊件对接缝的两侧，K‑TIG焊枪与焊机电源的负极相连，GTAW焊枪与焊机电源的正极相连，K‑TIG焊枪和GTAW焊枪同时对被焊件对接缝的同一位置进行焊接，其中K‑TIG焊枪的喷头垂直于被焊件对接缝的焊接位置，使焊接电弧穿过焊缝小孔。本发明将原有的K‑TIG工艺与双面双弧穿孔焊工艺结合起来，解决K‑TIG焊只能对低热导率的工件进行稳定穿孔焊接的问题，大幅度降低穿孔电流，还能通过双面电弧焊工艺来降低工件的变形程度。

Description

基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体的说，是涉及一种基于K-TIG的焊接方法。

背景技术

K-TIG(锁孔高效熔深氩弧焊焊枪)是一种基于传统TIG焊枪，通过水冷钨极产生阴极收缩效应，配合较大焊接电流的新型穿孔焊接工艺方法。经过大量的工艺试验证明：K-TIG焊接工艺适合于焊接低热导率的金属材料，但由于采用的自由电弧平均能量密度低，小孔稳定性随工件热导率的增加而恶化。在焊接中厚板时，电弧收缩程度不够，不利于形成稳定的穿透小孔，所以K-TIG焊接工艺得到合格焊缝的工艺窗口较小。因此，需要进一步改进K-TIG焊接工艺，能够有效地调控焊接电弧形态，保证小孔的稳定性。

改善电弧特性，提高其能量密度，能够提高穿孔稳定性。目前尝试了两种方案：一种是通过尖角磁场收缩电弧，由于外加环形磁场能够沿电弧周长对电弧产生作用力，因此将环形磁场加载在K-TIG电弧上，通过改变磁场的强度和分布，能够调节电弧的形态和电弧特性，通过施加双尖角磁场，电弧的剖面由圆形变为椭圆形；同时持续通冷却水并始终充满装置的腔体，对永磁铁进行持续降温。经过实验表明：优化磁场后，穿孔焊接阈值电流能降低60A。另一种是采用高频电流收缩电弧，能将穿孔阈值电流降低90A。虽然高频电弧虽然能有效地进行穿孔焊接，但存在焊接设备复杂，成本较高，对大电弧的收缩也有限等问题。

发明内容

本发明要解决的是K-TIG焊中小孔稳定性随着工件热导率的增加而恶化的技术问题，提供了一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，将原有的K-TIG工艺与双面双弧穿孔焊工艺结合起来，大幅度降低穿孔电流，增强小孔的稳定性以及扩大工艺窗口，同时减小工件的变形。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，该方法将K-TIG焊枪(锁孔高效熔深氩弧焊焊枪)和GTAW焊枪(钨极惰性气体保护焊焊枪)相对地置于被焊件对接缝的两侧，所述K-TIG焊枪与焊机电源的负极相连，所述GTAW焊枪与所述焊机电源的正极相连，所述K-TIG焊枪和所述GTAW焊枪同时对被焊件对接缝进行焊接，其中所述K-TIG焊枪的喷头垂直于被焊件对接缝的焊接位置，使焊接电弧穿过焊缝小孔。

进一步地，所述K-TIG焊枪采用尖头钨针，所述GTAW焊枪采用钝头钨针。

进一步地，所述GTAW焊枪的喷嘴向焊接方向的反方向倾斜，并且所述GTAW焊枪的喷嘴对准被焊件对接缝的焊接位置。

进一步地，所述GTAW焊枪的喷嘴向焊接方向的反方向偏离工件表面法线0～60°。

本发明的有益效果是：

本发明的基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，将原有的K-TIG工艺与双面双弧穿孔焊工艺结合起来，解决K-TIG焊只能对低热导率的工件进行稳定穿孔焊接的问题，大幅度降低穿孔电流，还能通过双面电弧焊工艺来降低工件的变形程度。

本发明将K-TIG焊枪和GTAW焊枪相对地置于被焊件对接缝的两侧，且两把焊枪分别与同一焊机电源的两极直接相连，使焊接电流可穿过小孔焊缝，同时产生了一个磁场，使得弧柱中带电粒子的洛伦兹力显著增加，从而增强对电弧的电磁收缩效应，使能量更集中，电弧力增强，相比于单焊枪单电弧焊接工艺，大幅度降低焊接电流，并降低焊接热输入，减小焊接应力和变形。

附图说明

图1是基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法的操作示意图；

图2是普通单面电弧焊接时平行于焊缝的剖视图；

图3是普通单面电弧焊接时垂直于焊缝的剖视图；

图4是本发明实施方式中双面电弧焊接时平行于焊缝的剖视图；

图5是本发明实施方式中双面电弧焊接时垂直于焊缝的剖视图。

图中：1.焊机电源；2.K-TIG焊枪；3.被焊件；4.GTAW焊枪；5.焊接电弧；6.小孔。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，本发明的一种实施方式公开了一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，主要利用焊机电源1、K-TIG焊枪2、GTAW焊枪4。

K-TIG焊枪2和GTAW焊枪4相对地置于被焊件3对接缝的两侧，同时对被焊件3对接缝进行焊接，其中K-TIG焊枪2的喷头与被焊件3对接缝的焊接位置垂直，使焊接电弧5穿过小孔6。焊机电源1的负极与K-TIG焊枪2相连，作为焊接电弧5输出端；焊机电源1的正极与GTAW焊枪4相连，作为焊接电弧5引导端；形成焊机电源1负极—K-TIG焊枪2—被焊件3—GTAW焊枪4—焊机电源1正极的电流回路。

如图2和图3所示，当用普通单面电弧焊接技术焊接时，焊接电弧5分散，部分焊接电流会停留在被焊件3表面，使得其熔池为典型的V字形，即熔池的孔径随着深度的增加而减小，熔池在被焊件3正面的直径D1远小于其在被焊件3背面的直径D2，在V形区域内的收缩力会导致板材的诱发角变形。而且由于电弧的收缩程度不够，使得熔池的宽度较大，不利于形成稳定的穿透小孔。

然而，如图4和图5所示，本发明的方法提供的双面焊接技术中，两把焊枪同时作用于被焊件3，焊接电流可穿过焊缝，而不只停留在工件表面，形成的小孔6倾向于对称形状，小孔6在被焊件3正面的直径D1′和其在被焊件3背面的直径D2′基本相等，在冷却过程中，焊接区域中总收缩力倾向于对称，它将焊接熔池中的横向变形和残余应力减到最小，从而减小被焊件3的整体变形。由于焊接电弧5全部贯穿被焊件3，电流在被焊件3和熔池内分散很小，焊接电弧5产生了一个磁场，使得弧柱中带电粒子的洛伦兹力显著增加，从而增强对焊接电弧5的电磁收缩效应，电弧力增强，能够有效地调控焊接电弧形态，电弧的收缩程度大幅增加，显著改善电弧的集中程度，能量更集中，使熔池的宽度减小，增强了小孔稳定性同时大幅度降低焊接电流。

另外，当用普通单面电弧焊接技术焊接时，由于熔池的温度随着深度的增加而下降，部分被电离的正离子在熔池中被还原，生成气体，容易造成气孔缺欠。而本发明的方法提供的双面焊接技术中，由于两把焊枪的共同作用，熔池沿深度方向的温度梯度较小，由于温度下降而反应生成的气体较少。

进一步地，本发明优选为将GTAW焊枪4的喷嘴向焊接方向的反方向倾斜适当角度，并且GTAW焊枪4的喷嘴对准被焊件3对接缝的焊接位置，如图1所示。这样可以引导电流全部贯穿工件熔池，以较小的焊接电流形成全熔透熔池，使熔池形状趋于对称，提高小孔稳定性，如图4和图5所示。一般来说，GTAW焊枪4的喷嘴在偏离工件表面法线0～60°的范围内均可。

进一步地，本发明还优选为K-TIG焊枪2采用尖头钨针，GTAW焊枪4采用钝头钨针。这样可以使得阴极区的电弧直径小于阳极区的电弧直径，如图3所示，这种形态的电弧相较于采用单面焊接技术时的电弧而言，阴极区的电弧压力与阳极区的电弧压力差增大，更大的电弧压力差能更有效地吹出熔池中的氩正离子和氩气。两者共同作用使得双面焊接技术中气孔缺欠显著减少。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，其特征在于，该方法将K-TIG焊枪和GTAW焊枪相对地置于被焊件对接缝的两侧，所述K-TIG焊枪与焊机电源的负极相连，所述GTAW焊枪与所述焊机电源的正极相连，所述K-TIG焊枪和所述GTAW焊枪同时对被焊件对接缝进行焊接，其中所述K-TIG焊枪的喷头垂直于被焊件对接缝的焊接位置，使焊接电弧穿过焊缝小孔。

2.根据权利要求1所述的一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，其特征在于，所述K-TIG焊枪采用尖头钨针，所述GTAW焊枪采用钝头钨针。

3.根据权利要求1所述的一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，其特征在于，所述GTAW焊枪的喷嘴向焊接方向的反方向倾斜，并且所述GTAW焊枪的喷嘴对准被焊件对接缝的焊接位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于K-TIG的双面双弧穿孔焊接方法，其特征在于，所述GTAW焊枪的喷嘴向焊接方向的反方向偏离工件表面法线0～60°。

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