CN109514037A - 双电弧堆焊稀释率控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双电弧堆焊稀释率控制装置及方法，属于堆焊技术领域，包括非熔化极焊枪、非熔化极焊接电源、熔化极焊枪及熔化极焊接电源；非熔化极焊枪、非熔化极焊接电源及焊接的工件串联成非熔化极回路；非熔化极焊枪、熔化极焊接电源、熔化极焊枪串联成旁路熔丝回路；熔化极焊枪的内部设有焊丝。本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置，工件热输入量和金属熔敷量的调整通过分开调整两个回路中的电弧的电流来实现，单独控制焊接热输入量和单独控制金属熔敷量，实现焊接过程中传热和传质的解耦控制，避免了传统电弧堆焊变形大和稀释率高的问题。

Description

双电弧堆焊稀释率控制装置及方法

技术领域

本发明属于堆焊技术领域，更具体地说，是涉及一种双电弧堆焊稀释率控制装置及方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，机械零部件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作,大量的机械装备往往因磨损或磨蚀而报废，因此对材料提出了更高的要求。在零部件的表面熔敷一层耐磨性较高的金属层,可以有效提高其使用寿命。堆焊作为表面工程的一种重要技术手段，是减缓工程部件磨损的一种有效手段，近年来被越来越广泛地应用于机械零部件的修复和表面改性工作，并且已经取得了良好的经济效益。堆焊技术对于磨损而失效的机械零部件是一种经济有效的修复方法。常用的堆焊方法包括电弧堆焊、等离子堆焊、激光堆焊等可以获得高性能(如耐磨性、耐腐蚀性能、抗氧化性能、抗气蚀和冲蚀磨损等)的合金堆焊层,在工业应用上展现了广阔的应用前景。在冶金、石化、汽车、模具等行业工件的修复、强化以及制造中应用堆焊技术，已经成为绿色节能、节材的再制造工程上关键部分。

在堆焊过程中，影响堆焊质量的重要参数是稀释率，稀释率的存在是不可避免的，它的高低将直接影响着堆焊层的成分和性能。稀释率的存在使工件母材和堆焊层中的金属相互扩散，并且随着稀释率的增加这种扩散程度也在不断地加大，母材中的金属进入到堆焊层的含量增加，堆焊层金属纯度降低，使堆焊层性能下降。当电弧对工件母材的热输入增加时，母材金属大量熔化，堆焊层的稀释率很高，高的稀释率不仅降低堆焊层的耐蚀、耐磨等性能，而且会导致堆焊层材料消耗量的增加提高成本。传统的堆焊只有一个电弧，用于控制焊丝熔化量，对工件母材的热输入量没有方法进行控制，所以无法控制堆焊的稀释率。

发明内容

本发明的目的在于提供双电弧堆焊稀释率控制装置，以解决现有技术中存在的传统电弧堆焊稀释率不可控的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：双电弧堆焊稀释率控制装置，包括非熔化极焊枪、非熔化极焊接电源、熔化极焊枪及熔化极焊接电源；所述非熔化极焊枪、所述非熔化极焊接电源及焊接的工件串联成非熔化极回路；所述非熔化极焊枪、所述熔化极焊接电源、所述熔化极焊枪串联成旁路熔丝回路；所述熔化极焊枪的内部设有焊丝。

进一步地，所述非熔化极焊枪垂直设置于所述工件的上方，所述熔化极焊枪设置于所述非熔化极焊枪行进方向的一侧。

进一步地，所述焊丝的设置延长线与所述工件的表面成夹角α设置，所述焊丝的端部设置于所述非熔化极焊枪的正下方。

进一步地，所述夹角α设为10°～80°。

进一步地，所述非熔化极焊接电源和所述熔化极焊接电源均为直流电源。

本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明双电弧堆焊稀释率控制装置，非熔化极电路的电弧和旁路熔丝电路的熔化极电弧相互作用，共同完成堆焊层金属熔敷工作，非熔化极电弧控制熔池的热输入量，熔化极电弧控制金属熔敷量。非熔化极回路和旁路熔丝回路的两个电流可以独立调整，互不干涉，因此工件的热输入量和金属熔敷量的调整可以通过分别调整两个回路的电流来实现，改变了传统电弧热输入量和金属熔敷量的线性关系，既可以获得大熔深小熔敷量的堆焊层，又可以获得小熔深大熔敷量的堆焊层，实现了对堆焊层稀释率的控制，解决了传统电弧堆焊稀释率的控制问题，实现了对堆焊层性能的调整。

本发明还提供一种双电弧堆焊稀释率控制方法，包括以下步骤：

(1)将所述非熔化极焊枪垂直设置于所述工件的上方，将所述焊丝设置于所述工件的旁侧；

(2)接通所述非熔化极回路，在所述非熔化极焊枪和所述工件之间形成非熔化极电弧，在所述工件表面形成熔池；

(3)接通所述旁路熔丝回路，在所述非熔化极焊枪和所述焊丝之间形成用于熔化所述焊丝的旁路熔丝电弧；

(4)调整所述非熔化极焊接电源的电流大小，进而调整所述工件的热输入量；

(5)待所述非熔化极电弧稳定后，调整所述熔化极焊接电源的电流大小，进而调整所述焊丝的熔化量。

工件热输入量和金属熔敷量的调整通过分开调整两个回路中的电弧的电流来实现，单独控制焊接热输入量和单独控制金属熔敷量，实现焊接过程中传热和传质的解耦控制，避免了传统电弧堆焊变形大和稀释率高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双电弧堆焊稀释率控制装置的结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-熔化极焊接电源；2-非熔化极焊接电源；3-非熔化极焊枪；4-旁路熔丝电弧；5-非熔化极电弧；6-工件；7-焊丝；8-堆焊层；9-熔化极焊枪；10-送丝机。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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。

参阅图1，现对本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置进行说明。双电弧堆焊稀释率控制装置，包括一个非熔化极回路和一个旁路熔丝回路，非熔化极焊枪3与工件6之间构成非熔化极回路，熔化极焊枪9与非熔化极焊枪3构成旁路熔丝回路，非熔化极回路中设有非熔化极焊接电源2，非熔化极焊接电源2的正极通过导线与待焊接的工件6连接，非熔化极焊接电源2的负极通过导线与非熔化极焊枪3连接；旁路熔丝回路中设有熔化极焊接电源1，熔化极焊接电源1的正极通过导线与熔化极焊枪9连接，熔化极焊接电源1的负极通过导线与非熔化极焊枪3连接。流经非熔化极焊枪的非熔化极电弧5弧柱区分为两部分，一是流经熔化极焊枪9的旁路电流，二是施加到工件6的电流。

非熔化极回路采用的是非熔化极惰性气体保护焊，非熔化极电弧5的一个电极位于工件6上，电弧斑点的热量主要集中在工件6上，电弧的热量用于控制被焊工件6的热输入量，非熔化极惰性气体保护焊的非熔化极电弧5为自由电弧，造成的熔池深度较小，有利于获得较小的熔深。旁路熔丝电弧4的一个电极斑点的热量集中在焊丝7上，其热量主要用于熔化焊丝7，形成金属熔敷。非熔化极回路和旁路熔丝回路的两个电流可以独立调整，互不干涉。

本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置，与现有技术相比，非熔化极电路的电弧和旁路熔丝电路的熔化极电弧相互作用，共同完成堆焊层金属熔敷工作，非熔化极电弧5控制熔池的热输入量，旁路熔丝电弧4控制金属熔敷量。工件6热输入量和金属熔敷量的调整可以通过分别调整两个回路的电流来实现，改变了传统电弧热输入和金属熔敷线性关系，既可以获得大熔深小熔敷量的堆焊层，又可以获得小熔深大熔敷量的堆焊层，实现了对堆焊层稀释率的控制，解决了传统电弧堆焊稀释率的控制问题，实现了对堆焊层性能的调整。

可选地，作为本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置的一种具体实施方式，非熔化极焊枪3垂直设置在工件6的上方，即非熔化极焊枪3的枪头正对工件6，保证非熔化极电弧5的稳定。焊丝7设置在非熔化极焊枪3行进方向的一侧，即焊丝7位于焊接方向的正前方。

可选地，作为本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置的一种具体实施方式，焊丝7的外部设有熔化极焊枪9，熔化极焊枪9为气体保护焊枪，通过喷射保护气在焊丝熔敷过程形成气体保护层。焊丝7与工件6形成10°～80°的夹角，并且焊丝7的端部位于非熔化极焊枪3的正下方，保证焊丝7与非熔化极电弧5的接触，熔化极焊枪9的尾部设置送丝机10，焊接过程中向熔化极焊枪9输送焊丝7，为了保证焊丝7输送顺畅，送丝机10与熔化极焊枪9保持固定，调整焊丝7与工件6的夹角时，相应的调整送丝机10的角度。

可选地，作为本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置的一种具体实施方式，非熔化极焊枪3的枪头采用金属钨制作，保证了非熔化极焊枪3的使用寿命。

可选地，作为本发明提供的双电弧堆焊稀释率控制装置的一种具体实施方式，非熔化极焊接电源2和熔化极焊接电源1都是直流电源，保证了焊接的稳定性。

需要说明的是，本发明只说明了回路的连接方式，焊枪所必须的气路和水路接法都是常规接法，不再进行说明。

下面对本发明双电弧堆焊稀释率控制装置的焊接方法进行说明：

(1)放置非熔化极焊枪3和熔化极焊枪9在堆焊工件6的一侧，非熔化极焊枪3和熔化极焊枪9都是惰性气体保护焊枪，要求非熔化极焊枪3位于工件6的正上方并垂直于工件6，非熔化极焊枪3的钨极和工件6之间建立非熔化极电弧5；一根焊丝7以一定的夹角α(角度可调)通过送丝机10在熔化极焊枪9内部恒速送入，焊丝7的端部要保证到达非熔化极焊枪3的正下方，焊丝7位于焊接方向的正前方。

(2)将非熔化极焊枪3、熔化极焊枪9、焊丝7和工件6都连接到各自的回路中，非熔化极回路和旁路熔丝回路中的焊接参数可以根据实际情况进行调整。在非熔化极回路中，非熔化极焊枪3接非熔化极焊接电源2的负极，工件6接非熔化极焊接电源2的正极；旁路熔丝回路中，非熔化极焊枪3接熔化极焊接电源1的负极，焊丝7接熔化极焊接电源1的正极。非熔化极焊接电源2和熔化极焊接电源1都采用直流电源。

(3)打开两个电源，双电弧形成，首先通过调整非熔化极焊接电源2调整非熔化极电弧5的电流，在其稳定建立后，在非熔化极焊枪3和恒速送进的焊丝7之间建立旁路熔丝电弧4，两个电弧建立后观察电弧状态，实时调整两个电弧的电流，保证电弧稳定燃烧。

(4)根据堆焊层8焊缝的实际情况，调整非熔化极电弧5和旁路熔丝电弧4的电流，保证稳定的熔池状态，控制堆焊层8的稀释率。

(5)两个电弧稳定建立后，被焊工件7的热输入量主要是由非熔化极电弧5来控制，金属熔敷量由旁路熔丝电弧4熔化的焊丝7来控制，两个电弧的电流可以独立调整，焊接过程的工件6热输入量和金属熔敷量和以自由调整组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.双电弧堆焊稀释率控制装置，其特征在于：包括非熔化极焊枪、非熔化极焊接电源、熔化极焊枪及熔化极焊接电源；所述非熔化极焊枪、所述非熔化极焊接电源及焊接的工件串联成非熔化极回路；所述非熔化极焊枪、所述熔化极焊接电源、所述熔化极焊枪串联成旁路熔丝回路；所述熔化极焊枪的内部设有焊丝。

2.如权利要求1所述的双电弧堆焊稀释率控制装置，其特征在于：所述非熔化极焊枪垂直设置于所述工件的上方，所述熔化极焊枪设置于所述非熔化极焊枪行进方向的一侧。

3.如权利要求1所述的双电弧堆焊稀释率控制装置，其特征在于：所述焊丝的设置延长线与所述工件的表面成夹角α设置，所述焊丝的端部设置于所述非熔化极焊枪的正下方。

4.如权利要求3所述的双电弧堆焊稀释率控制装置，其特征在于：所述夹角α设为10°～80°。

5.如权利要求1所述的双电弧堆焊稀释率控制装置，其特征在于：所述非熔化极焊接电源和所述熔化极焊接电源均为直流电源。

6.运用如权利要求1-5任一项所述的双电弧堆焊稀释率控制装置的双电弧堆焊稀释率控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将所述非熔化极焊枪垂直设置于所述工件的上方，将所述熔化极焊枪设置于所述工件的旁侧；

(2)接通所述非熔化极回路，在所述非熔化极焊枪和所述工件之间形成非熔化极电弧，在所述工件表面形成熔池；

(3)接通所述旁路熔丝回路，在所述非熔化极焊枪和所述焊丝之间形成用于熔化所述焊丝的旁路熔丝电弧；

(4)调整所述非熔化极焊接电源的电流大小，进而调整所述工件的热输入量；

(5)待所述非熔化极电弧稳定后，调整所述熔化极焊接电源的电流大小，进而调整所述焊丝的熔化量。